1500万度还是太低！没有量子隧穿太阳就要熄灭了？诺贝尔奖背后的奥秘

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2025-10-13 09:32:12 网易新闻

1500万度还是太低！没有量子隧穿太阳就要熄灭了？诺贝尔奖背后的奥秘！2025年的诺贝尔物理学奖再次将全世界的目光聚焦于“量子隧穿”这一神奇现象。这个名词或许在科普文章或科幻电影中出现过，让人觉得既高深又遥远，仿佛是专属于实验室的深奥术语。然而，量子隧穿与三次诺贝尔物理学奖（2025年、1986年和1973年）直接相关，它不仅是太阳能量的来源，也是地球万物生长的前提。没有量子隧穿，太阳将无法发光发热，宇宙将一片死寂。

太阳是一座巨大的核聚变反应堆，其能量来源于核心深处每秒约6亿吨氢元素聚变成氦元素的过程。尽管这个过程看似简单，但其中隐藏着一个曾让物理学家困惑的难题：太阳核心温度约为1500万摄氏度，这在经典理论看来太低了，不足以支持核聚变反应。事实上，核聚变需要极高的密度、极高的温度和足够的约束时间。太阳核心的密度高达150×10^3 kg/m³，远高于地球上任何物质的密度。此外，原子核之间的库伦排斥力也是一大障碍，需要足够高的温度才能克服这种排斥力。

1920年，英国天文学家亚瑟·爱丁顿首次提出太阳的能量可能来源于氢原子核聚变成氦原子核的过程，但当时这一理论受到了广泛质疑。直到1928年，核物理学家乔治·伽莫夫利用量子隧穿效应成功解释了太阳温度“过低”的问题。量子力学中的粒子具有波粒二象性，一个粒子以一定的概率分布存在于空间中。在经典物理中，粒子必须有足够的动能才能越过势垒，而在量子力学中，无论粒子能量如何，总有一定概率出现在势垒另一侧。因此，即使太阳核心温度较低，量子隧穿效应也能使核聚变反应发生。

量子隧穿不仅在宇宙尺度上维持了太阳的燃烧，还在我们的日常生活中发挥着重要作用。例如，智能手机和电脑中的闪存芯片依靠量子隧穿效应存储数据。写入信息时，电压迫使电子隧穿一层薄薄的绝缘层，将其囚禁在浮栅中，从而代表一个“0”或“1”。量子隧穿还限制了芯片尺寸的下限。当制程工艺缩小到纳米尺度时，绝缘层变得非常薄，电子可以通过量子隧穿效应直接穿过它，导致晶体管漏电。这意味着芯片无法可靠地表示“0”和“1”，计算错误、功耗和发热会急剧增加。

下次当你感受到阳光的温暖或用手机拍照时，不妨想一想，那无处不在的量子“穿墙术”正在默默地创造奇迹。

(责任编辑：0882)

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