Ефектът на тунела е невероятно явление, напълно невъзможно от гледна точка на класическата физика. Но в мистериозния и мистериозен квантов свят има малко по-различни закони на взаимодействието на материята и енергията. Тунелният ефект е процес на преодоляване на определена потенциална бариера от елементарна частица, при условие че нейната енергия е по-малка от височината на бариерата. Това явление има изключително квантова природа и напълно противоречи на всички закони и догми на класическата механика. Колкото по-удивителен е светът, в който живеем.
За да разберете какъв е ефектът на квантовия тунел, най-добре е да използвате примера на топка за голф, изстреляна с известна сила в дупката. Във всяка единица време общата енергия на топката е в опозиция на потенциалната сила на гравитацията. Ако приемем, че кинетичната му енергия е по-ниска от силата на гравитацията, тогава посоченотообектът няма да може да напусне дупката сам. Но това е в съответствие със законите на класическата физика. За да преодолее ръба на ямката и да продължи по пътя си, тя определено ще се нуждае от допълнителен кинетичен импулс. Така великият Нютон проговори.
В квантовия свят нещата са малко по-различни. Сега да предположим, че в дупката има квантова частица. В този случай вече няма да говорим за истинско физическо задълбочаване в земята, а за това, което физиците условно наричат „потенциална дупка“. Тази стойност има и аналог на физическата платка - енергийна бариера. Тук ситуацията се променя драстично. За да се осъществи така нареченият квантов преход и частицата да бъде извън бариерата, е необходимо друго условие.
Ако интензитетът на външното енергийно поле е по-малък от потенциалната енергия на частицата, тогава тя има реален шанс да преодолее бариерата, независимо от нейната височина. Дори и да няма достатъчно кинетична енергия в разбирането на Нютоновата физика. Това е същият тунелен ефект. Работи по следния начин. Квантовата механика се характеризира с описанието на всяка частица не с помощта на някакви физически величини, а с помощта на вълнова функция, свързана с вероятността частицата да се намира в определена точка от пространството във всяка конкретна единица време.
Когато частица се сблъска с определена бариера, използвайки уравнението на Шрьодингер, можете да изчислите вероятността за преодоляване на тази бариера. Тъй като бариерата е не само енергийнопоглъща вълновата функция, но също така я затихва експоненциално. С други думи, в квантовия свят няма непреодолими препятствия, а само допълнителни условия, при които една частица може да бъде извън тези бариери. Различни препятствия, разбира се, пречат на движението на частиците, но в никакъв случай не са твърди непроницаеми граници. Относително казано, това е един вид граница между два свята - физически и енергиен.
Ефектът на тунела има своя аналог в ядрената физика - автойонизацията на атом в мощно електрическо поле. Физиката на твърдото тяло също изобилства с примери за проява на тунелиране. Те включват полево излъчване, миграция на валентни електрони, както и ефекти, които възникват при контакта на два свръхпроводника, разделени от тънък диелектричен филм. Тунелирането играе изключителна роля в изпълнението на множество химични процеси при ниски и криогенни температури.
