加拿大少女 Tsegaye 參加「Breakthrough Junior Challenge」比賽，科普「量子穿隧效應」，並將波函數概念以簡單的骰子動畫呈現。
不到 3 分鐘，就能快速了解量子穿隧效應！
量子穿隧效應解釋 在 Inside 硬塞的網路趨勢觀察 Facebook 八卦
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量子穿隧效應解釋 在 Technews 科技新報 Facebook 八卦
如果你搞不懂「量子穿隧」效應是怎麼回事，不妨看看 17 歲學生怎麼用電子遊戲形容他 😆
量子穿隧效應解釋 在 余海峯 David . 物理喵 phycat Facebook 八卦
【新文章】一變四 四變十二 宇宙演化永恆真理
作為科學家，我並不相信報應，但我相信物理上的因果。除了生物學上的病毒傳染會「一變四四變十二」，天文學上亦有「一變四四變十二」，而且這個過程更直接影響地球上的生命，甚至整個宇宙的演化。
恆星是一個巨大的煉金術熔爐。構成恆星的元素，絕大部分是氫（原子量為1）。由於恆星自身的重力，恆星裡的氫會互相擠壓。好像擠壓一個氣球一樣，壓力和溫度會上升。當溫度提昇至約1,500萬度，氫原子核就能夠突破彼此的電磁斥力，透過量子穿隧效應結合在一起。
在這個溫度下最的過程是「質子-質子連鎖反應」（氫原子核其實就是一個質子）。簡單來說，就是四個氫結合成一個氦（原子量為4）。
一變四。
不過要注意的是，這個過程並非一步登天。事實上，首先兩對氫核各自結合成氘（氫的同位素），然後這兩個氘再各自與一個氫結合成氚（氫的另一款同位素）。最後，這兩個氚結合成氦，並同時放出兩個氫。這兩個氫能夠繼續連鎖反應。
不過，當太陽差不多用盡體內的氫元素，更多有趣的事情就會發生。其細節很複雜，如果我們只簡略說重點的話，大概就是首先因氫核不足，太陽核心的核反應放出的能量漸漸變少，重力開始將恆星中心壓縮。
本來太陽只有中心部分才會發生核反應，但恆星外圍的氫亦因壓力和溫度增加，亦開始發生核反應，因此恆星中心會向內壓縮，外圍卻會膨脹。這時，太陽就進入所謂的紅巨星階段，尺寸變得比地球軌道更大，因此地球要不是被燒得灰飛煙滅，就是因太陽重力場改變而向外移動。無論如何，因太陽變得非常熱，地球海洋會完全蒸發，所有生物都難逃一死。
扯遠了。回來討論太陽中心的核反應。因體積變小，溫度和壓力再次提高，直至點燃另外一個核反應「碳循環連鎖反應」。碳循環連鎖反應亦是把氫結合成氦的連鎖反應，只不過這次需要一個碳原子核幫手——太陽內部只有微量的碳，來自前一兩代的恆星殘骸，不過已經足夠了。
質子-質子連鎖反應的效率正比於溫度的4次方，而碳循環連鎖反應的效率則正比於溫度的16次方。這個恐怖的數字顯示，太陽裡的核反應將會失控地加速，核反應所產生的能量根本來不及散失到太空之中，因為一個光子要從太陽中心走到太陽表面需時以百萬年計。
這意味著，太陽中心溫度將不斷提高。當溫度達到1億度，另一個核反應「三氦核連鎖反應」就會接手，將三個氦結合成一個碳（原子量為12）。
四變十二。
三氦核連鎖反應由兩個步驟組成：先由兩個氦結合成一個鈹，然後這個鈹再跟一個氦結合成一個碳。三氦核連鎖反應的效率正比於溫度的40次方。
太陽中心的溫度將不斷提高，逐步點燃其他的核反應。加上各種不穩定同位素的核衰變反應，太陽共可合成80種元素。太陽能夠合成的最重元素是釙。
比太陽更重的恆星，有可能合成更重的元素，最終恆星中心就會變成一顆鐵球。由於鐵的核結合能——即每個核子（質子和中子）結會時釋放了的能量——是所有元素之中最高的，結合鐵需要輸入能量而非放出能量。[0]因此恆星中心的核反應會停止，沒有壓力[1]能夠抵抗重力，中心會急速向內坍塌，然後反彈，造成超新星爆發（II型超新星）。整個過程不足一秒。
超新星爆發之中，所有合成過的元素都會被光分解成氫，然後又在極高溫度裡再次重複核反應，合成宇宙中可以自然找到的所有元素。地球上的生命需要的各種元素，大都來自於超新星爆發[2]。而恆星以至星系的演化過程，又受各種元素的比例所影響。因此，整個宇宙的演化，都取決於主宰這些核反應的物理定律。
一變四，四變十二，宇宙演化永恆真理。
P.S. 都係聽返《喜氣洋洋》。飲杯！
[0]哪為什麼比鐵更重的元素都能在恆星中合成呢？事實上，鐵的一種同位素鐵-56才擁有最高的核結合能。事實上，我們不可以只比較兩個原子核的核結合能，而需要比較參與核反應的原子核們和核反應產生的原子核們的總核結合能之差。只要「核反應產生的原子核們的總核結合能 - 參與核反應的原子核們的總核結合能」大於零，就是可以發生的過程（如溫度足夠的話）。
[1]事實上，簡併壓力會再抵擋重力一段時間，不過要解釋的話就過於離題，有興趣的讀者可參考《星海璇璣》第五章第三節「恆星的死亡筆記」，或我的文章《恆星的死亡筆記》。
[2]2017年，人類觀察到首個來自雙中子星結合所釋放的重力波。近年研究發現，許多以往被認為源自超新星爆發的重元素——例如金，比較可能是來自於這類雙中子星結合事件的。可參考LIGO網頁的解說。
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量子穿隧效應解釋 在 Re: [問題] 關於Quantum tunneling - 看板Physics - 批踢踢實業坊 的八卦
※ 引述《pipidog (如果狗狗飛上天)》之銘言：
: ※ 引述《xereo (凜悠悠)》之銘言：
: : 最近在做考古，
: : 有一題關於量子穿隧的題目
: : 93清大物理
: : 問題
: : 『量子穿隧一直是量子力學理一個很吸引人的現象，
: : 你有沒有想過這是否表示密閉藥罐裡的藥只要搖的夠用力夠久，
: : 的確有可能掉出來？
: : 同樣道理，如果要你去撞教室的牆，是不是只要橫下心，死命的撞，
: : 總有一天會出現在牆的另外一邊？
: : 請給出理由佐證你的看法。』
: 關於這個問題,一般老師上課或是教科書給你的答案都是"會"!
: 只是說機率太小,以致於你一生都沒見過但我覺得這個說法根本是錯的!
: 全世界有60億人口,每個人活60年好了,這等效上來講相當於3600億年的
: 時間中,我相信類似的實驗到處都在發生,你的手摸桌子,你的腳踏地上,
: 你睡在床上,你一屁股坐在椅子上,你一天幾乎24小時都在進行這個巨觀
: 穿隧的實驗,就拿一秒做一次來算好了,這個實驗在60年之類,在地球上
: 進行了10^20次(這還是人類在進行的部分,外面的鳥摔下來,天空的雨打
: 到玻璃上,路邊的小狗尿尿在路上都還不算,所以有人說10^23次方很大,
: 以這個估計來看我覺得還好)請問機率很低很低好了,作10^20次方次這
: 個實驗,還看不見一次?
: 如果把時間拉得更長,從物質文明開始的這200年就好了,這個數字會在加
: 上3~4倍,為什麼一次例外都沒有被報導過?這樣你真的相信"會!只是機率
: 很低"這種說法?很難接受,我覺得一個人如果活超過60歲,應該至少要讀過
: 一篇某人因為量子穿隧,不小心穿透自己家的地板摔到樓下的新聞,這才
: 符合我們前面的估計.
: 我的答案是不會! 在理論上就不會,原因是因為"inchorence",我們都知道
: 巨觀系統下的粒子數,至少都是用10^23個為單位的,在這樣的系統下做實驗
: ,你要讓每個粒子的波函數同相位根本是完全不可能的事情,這些波函數會
: 彼此進行大量的干涉相消,最後的結果是每個粒子都只是localized自己
: 的晶格位置上,根本就沒有量子效應可言.所以這個實驗,你作無數次都不會
: 成功的,因為這些波函數都沒有in phase,強大的相消的效應,根本不可能
: 有任何entend的波函數,別說穿牆了,就是一個粒子想要靠穿隧跑到隔壁的
: site都是不可能的事情.這就是為什麼量子效應都要對粒子數少的,系統小的
: 才有可能看見.
: 有人說不對啊,那超導,超流,BEC不都是很有名的巨觀量子效應?它們都是在
: 巨觀的尺度下就可以看見的啊? 可是就是這麼剛好,這些效應之所以具觀,
: 就是因為系統裡面的粒子通通的in phase了! 所以你可以用一個巨觀的波函
: 數去同時描述這所有的粒子,所以你會看見在巨觀尺度上的量子效應.洽洽
: 反過來呼應了前面的說法.
: 事實上類似的粒子來有很多,例如像是為什麼Gamma射線可以穿透鉛壁? 這
: 個除了能量高是一個原因外,Gamma射線要接近in phase也是關鍵.甚至高能
: 粒子為什麼可以穿透地球,打到地底? 同樣的,能量之外,in phase也是關鍵.
: Dirac曾經討論過這個問題,早期別人問他說,量子力學裡面最重要也最深刻
: 的內涵是甚麼?他的回答是"不對易".但後來他在他自己的書裡面就改了這個
: 說法,他後來傾向說是"相位".相位是個很神秘的東西,他是一個norm=1的數,
: 並不影響單一個粒子的機率,但是卻製造了可明確觀測到的干涉現象.所以他
: 認為量子力學之所以發現的晚,就是因為這個"相位"隱藏的太神祕了,而
: Heisneberg跟Schrodinger之天才之處,就在於他門發現了這個藏的如此美妙
: 的東西.
: 所以我的說法是,不要再相信什麼只要你一直嘗試,球總有一天會穿牆,我的
: 答案是不會,永遠都不會,球要穿牆,唯一的可能是你先設法讓他們的波函數
: in phase,變成類似超導態,這樣巨觀的量子效應才可能存在.
不好意思請較一下一個問題
我們一般談古典極限下的穿隧行為
用的實驗物體都是棒球 或是生物體這種吧?
問題是這些巨觀物體在型成的過程中都已經變凝聚態了...
形成凝聚態的過程中 電子和原子間形成鍵結 分子分子間又有更複雜的交互作用力
巨分子巨分子又有更複雜的....ETC
可是p版友 文章提的這種波函數相干相消的現象
應該是指一群很單純的粒子 彼此間的作用力可以近似零的狀況下才成立的吧?
如果要談複雜系統或是生物系統....根本不會讓你有機會形成同相性的機會
像BEC或是雷射那種型成巨觀in phase的狀況都是在彼此間沒有鍵結才可能產生
所以我覺得...只要一旦型成凝聚態
是不是就再也不可能產生巨觀穿隧效應了 out of question?
因為生物體根本就不可能有波動性的可能性發生..
一旦生物體忽然變成了同相性 那生物鍵結還有可能會存在嗎?
早就分崩離析了吧????
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另外我最近在八卦版有發一篇和p版友性直雷同的文章
也是關於討論巨觀系統下的穿隧行為
當中有引述關於高能粒子in phase穿透到地球內部的這個現象
但我文章沒註明取自p版友...因為我引用的也只有這各部份
但有其他版友似乎把我那篇文章寄給p版友和物理版的某些人...
他的意思是說我是抄襲他人想法的??
問題是波函數相位相消造成量子效應消失的這個部份我以前就有聽過類似說法...
BEC in phase也不是第一次聽到
只有高能粒子的這個例子我是參考p版友的
希望不要造成任何誤會... 傷了大家的和氣.....
那有任何意見也歡迎各位不吝指教........
謝謝....
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 118.161.150.73
※ 編輯: peter308 來自: 118.161.150.73 (12/06 16:57)
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