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人类首次在宏观世界看到“子弹穿墙” 量子隧穿跃入现实

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2025-10-07 21:41:38  搜狐网

在量子物理的世界里，常常会发生一些违反直觉的事情：粒子能穿过墙壁、能量像硬币一样一枚一枚地发放、一个系统能同时处在两个状态之中。这些现象看似只存在于微观世界，远离我们的日常经验，但今年的诺贝尔物理学奖告诉我们，这些“奇异”的量子现象可以在手心大小的电路中发生。

一张图用生活中的例子（球扔向墙壁会反弹）来解释量子力学中的隧道效应。在量子力学的微观世界里，微观粒子有一定的概率穿过原本看似不可逾越的“墙壁”，出现在墙壁的另一侧。这与我们基于经典物理形成的直觉相违背，所以让人觉得量子力学很“怪异”。

2025年诺贝尔物理学奖授予了三位科学家：约翰·克拉克、米歇尔·德沃雷和约翰·马丁尼斯，以表彰他们在电路中发现宏观量子隧穿与能量量子化的成就。他们让量子力学从原子与电子的微观舞台跃上了可以触摸的人类尺度。

我们知道，扔出的球会撞在墙上反弹回来，不可能“穿墙而过”。但在量子世界中，粒子却能做到这一点，这就是著名的“量子隧穿”。在原子核中，粒子偶尔会穿越能量屏障逃逸出来，这种“穿墙术”正是放射性衰变（如α衰变）的根源。

物理学家已经知道，隧道效应对于一种特定类型的核衰变（α衰变）来说是必需的。原子核中的一小部分会脱离原子核并出现在原子核外面。然而，这种现象通常只出现在单个粒子层面。几十年来，物理学家都在追问：能否让由无数粒子组成的宏观体系也表现出同样的量子行为？2025年的三位诺贝尔奖得主给出了一个漂亮的答案：可以。

时间回到上世纪80年代中期。美国加州大学伯克利分校的实验室里，教授约翰·克拉克带领他的团队，包括博士后米歇尔·德沃雷和博士生约翰·马丁尼斯，开始搭建一个看似普通的电路。这个电路由两块超导体组成，中间夹着一层极薄的绝缘层，这种结构被称为约瑟夫森结。

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