Откуда частица получает энергию для туннелирования?

Когда частицу заставляют все больше и больше ограничивать себя определенным положением, она преодолевает энергетический барьер, чтобы выбраться наружу, благодаря принципу неопределенности. Но откуда частица получает необходимую для этого энергию? Превращается ли его масса в энергию?

В этом случае рассмотрим частицу в потенциальной яме, равной м с 2 где м это масса частицы. Тогда для преодоления энергетического барьера вся его масса должна быть преобразована в энергию, чтобы выполнялся принцип неопределенности. Итак, частица, теряющая всю свою массу и превращающаяся в энергию, выходит из потенциальной ямы и снова превращается в частицу. Это странно, и я думаю, что это не так.

Претерпевает ли он квантовое туннелирование в процессе побега? Откуда в таком случае берется это мгновенное увеличение энергии?

Примечание. Я учусь в старшей школе, и в моей школе меня знакомят только с базовой квантовой механикой (только модель Бора и орбитали). Может быть, все, что я здесь спросил, глупо. Извините за это в таком случае.

Возможная аналогия, определенно не имеющая отношения к настоящей КМ: предположим, что у вас есть частица, окруженная проволочной сеткой. Большую часть времени он отскакивает от сетки, но с небольшой вероятностью может пройти прямо через одно из отверстий в сетке. Или, чтобы приблизиться к QM, представьте, что отверстия в сетке слегка изменяются случайным образом (с течением времени). Теперь частица должна встретиться с отверстием сетки как раз тогда, когда оно достаточно велико, чтобы позволить частице пройти через него.

Ответы (2)

Энергия не меняется. Квантово -механическое решение потенциальной задачи с барьером таково, что оно дает вероятность для каждого конкретного уровня энергии пройти через барьер.

В этом объяснении видно, как свободная частица достигает барьера, и как меняются вероятности, но не энергия:

туннелирование

При этом не нужно никакой дополнительной энергии, но много терпения :) , потому что вероятности обычно невелики и приходится либо изучать большое количество одинаковых условий, либо ждать явления.

Туннелирование использовалось для оценки ядерных распадов, например, времени жизни альфа-распада полония :

введите описание изображения здесь

Тогда что определяет, туннелирует ли частица или нет. Просто вероятность? Но тогда эта вероятность должна иметь физический смысл или интерпретацию.
Да просто вероятность. Вот почему я добавил альфа-распад, который представляет собой совершенно случайный процесс распада частиц.
Обратите также внимание, что ширина барьера может быть только «в несколько» раз больше длины волны де Бройля частицы, прежде чем барьер станет слишком широким, чтобы сделать возможным туннелирование.
@ Кайл Канос Разве ты не хотел написать «слишком широкий для туннелирования»?
@Mockingbird, конечно, это простая ошибка при завязывании

Есть и другие способы просмотра туннелирования. Одна из них заключается в том, что энергия микроскопических частиц не постоянна, а колеблется вокруг некоторого среднего значения, например, из-за флуктуаций ЭМ поля (или других полей). Время от времени флуктуация может дать частице достаточно энергии, чтобы преодолеть потенциальный барьер.

Но почему масса частицы не колеблется таким же образом? Если да, то почему мы наблюдаем одну и ту же массу конкретной фундаментальной частицы в любой точке Вселенной. Срабатывает ли здесь эффект наблюдателя?
Масса покоя частицы может быть постоянной (по предположению), но ее кинетическая энергия может изменяться под действием внешних сил.
но не создаст ли флуктуация энергии проблему для энергосбережения?
@ Тимо, если флуктуация вызвана электромагнитным полем, в электромагнитной теории есть теорема о работе и энергии, которая заменяет сохранение энергии (энергия сохраняется локально, но может втекать и выходить из любой области пространства).
@ JánLalinský означает ли это, что, несмотря на ограничения измерительных устройств, мы никогда не сможем точно измерить энергию частицы?
@ Тимо, я так не думаю, я не вижу теоретических ограничений точности. Конечно, на практике точность всегда ограничена. Кроме того, если энергия колеблется, мы можем измерить ее в одно мгновение, и через некоторое время значение снова будет неизвестно.
@ JánLalinský, но исходная модель квантового туннелирования на самом деле не учитывает флуктуации вакуума, поэтому я думаю, что флуктуации не нужны для туннелирования.
Как я писал выше, способов просмотра туннелирования больше. Флуктуации — один из возможных способов объяснить несохранение энергии, которое, по-видимому, происходит при туннелировании.
@ JánLalinský, так вы имеете в виду, что ваша интерпретация существует совершенно независимо от вероятностной интерпретации QM? потому что туннельная часть — одно из самых выдающихся мест, где ортодоксальная вероятностная интерпретация заставляет меня чувствовать себя очень некомфортно.
Нет, не совсем самостоятельный. Я думаю, что флуктуации привносят то, чего не хватает в стандартных книгах по квантовой теории, — механизм, который объясняет, почему вероятностное описание полезно.
Откуда частица получает энергию для туннелирования?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v