2025诺奖揭晓:宏观量子穿墙术突破获奖

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2025年10月,诺贝尔物理学奖授予了约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷与约翰·M·马蒂尼斯,以表彰他们在“发现电路中的宏观量子力学隧道效应和能量量子化”方面的杰出贡献。
其中提到的“宏观量子力学隧道效应”,通俗来说,类似于人们常说的“穿墙术”。这一概念看似玄幻,实则有着严谨的物理基础。为帮助公众理解这一深奥现象,科普创作者“混子哥”在瑞典皇家科学院的一次讲解中,用一幅简明生动的漫画进行了诠释。
研究的核心在于一种名为“约瑟夫森结”的结构:将两个超导体之间夹上一层极薄的绝缘层,形如一堵墙被夹在两扇门之间。在常温下,电子表现为独立粒子,运动随机,其位置由概率云描述,意味着它们有可能出现在该区域内的任意位置。此时,个别电子便可能穿越那层绝缘屏障,出现在另一侧的超导体中,这种现象即为量子隧穿。
当整个系统被冷却至接近绝对零度时,电子不再各自为政,而是配对形成库珀对,并凝聚成一个宏观的量子态。此时,它们的概率云显著扩展,使得大量电子同时具备穿越绝缘层的能力。这意味着,不是个别粒子,而是一整群电子在宏观尺度上实现了“穿墙”,这正是“宏观量子力学隧道效应”的本质。
从原理上看,人体同样由无数电子与量子粒子构成。既然宏观粒子团可以实现隧穿,理论上人体穿墙也并非完全违背物理规律,尽管实现这一场景尚需跨越巨大的技术与理论障碍,或许要等到非常遥远的未来才可能成为现实。
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