那么什么是量子遂穿現(xiàn)象呢？
在經(jīng)典物理學(xué)中，例如一顆臺球是無法穿過墻壁到達(dá)墻的另一側(cè)的。但是，在量子力學(xué)中，將光子、電子等粒子看成是波。波有一個特性，就是有一小部分可以穿過墻壁。例如，你對著一面墻壁大喊一聲，99%的聲音都被反射回來了，但是有1%的聲波會衍射穿過墻壁。因為粒子，例如電子或中子是粒子也是波，因此假設(shè)你向一面墻壁發(fā)射100次的電子，按照假設(shè)波穿過墻壁的1%的概率，就會有一個電子穿過墻壁出現(xiàn)在墻的另一側(cè)(見圖1-34)，而這在經(jīng)典力學(xué)中是根本無法解釋的。正因為有了這樣的量子力學(xué)的遂穿現(xiàn)象，才會讓一個鈾原子核中的α粒子在45億年中有50%的概率遂穿過本來無法逾越的“位勢”(墻壁)，跑到原子核外面去?？傊?，只有在對量子概率的解釋為正確的前提下，才會發(fā)生量子遂穿效應(yīng)，進而會發(fā)生放射性原子衰變的事件。
圖1-34 一個粒子會有一定的概率穿過墻壁，這在經(jīng)典物理學(xué)中是絕對不可能發(fā)生的事情量子遂穿現(xiàn)象在許多分子中都在發(fā)生。例如，如果沒有量子遂穿現(xiàn)象，宇宙中就不會合成任何的有機分子。又如，在人體葡萄糖氧化酶中的氧原子核也會發(fā)生量子遂穿效應(yīng)。
那么我們要問，你是否可以像電子一樣遂穿過一面墻壁呢？答案是“可以”。你可以穿墻而過，但是因為需要你身體中的所有電子、原子同時發(fā)生遂穿才可以。但這就需要你站立在墻壁前面等許多年才會發(fā)生這樣的遂穿。要等多少年呢？宇宙至今的年齡是137億年，而你至少需要等100億個137億年以上的時間，才會發(fā)生存在這一概率的事件。
總結(jié)：原子發(fā)生衰變的根本原因是，電子、質(zhì)子等粒子必須既是粒子也是波。一個粒子會以其波函數(shù)的概率性出現(xiàn)在空間中的某一處，因此才會發(fā)生一個α粒子穿越原子核的束縛跑到原子核以外的概率事件。
3. 薛定諤的貓
愛因斯坦一點也不相信概率的解釋，他不相信世界上竟然存在一個無法預(yù)測和確定的事件。同時愛因斯坦及一般大眾認(rèn)為，外在世界是獨立存在的，觀測者通過觀察就能夠觀測到真相。因此，他對概率的解釋說了一句著名的話：“上帝不擲骰子?！闭蛉绱?，追隨愛因斯坦的薛定諤也絕不同意這一荒誕的想法，即觀測會影響被觀測事物的本質(zhì)特性，因而在1935年，薛定諤專門發(fā)表了一篇論文。在論文中，他假想了一個實驗用來說明哥本哈根詮釋中對概率的解釋是多么荒謬。這個實驗就是后來非常著名的“薛定諤的貓”。具體假想實驗如下：
如圖1-35所示，想象有這樣一個密封的盒子：在盒子中放上一只貓、一小塊放射性鈾礦石。這塊放射性鈾礦石在一小時內(nèi)會有50%的概率發(fā)生一次α粒子的衰變事件。在盒子中有一個殘忍的釋放毒氣的裝置與α粒子衰變事件聯(lián)動在一起。如果一小時內(nèi)發(fā)生了α粒子衰變事件，這個裝置就會觸發(fā)毒氣裝置釋放出毒氣，將貓毒死。如果沒有發(fā)生，貓就是活的。
圖1-35 薛定諤貓的假想實驗裝置
