上一回我們說到海森堡和薛定諤分別發(fā)現(xiàn)了量子世界的矩陣力學和波動方程误褪，雖然一開始倆人的理論因為不兼容導致相互之間不再來往悉患，但是后來還是被一位叫保羅·狄拉克的天才用量子電動力學把他們的理論給統(tǒng)一了，但是在這之前海森堡的不確定性原理和矩陣力學是哥本哈根學派的代表性理論挡鞍，穩(wěn)如泰山?jīng)]什么風浪骑歹，而薛定諤的波動方程卻又惹麻煩了。

薛定諤方程奇怪的解

在薛定諤的論文發(fā)表不到一年的時間墨微，學界就有好多物理學家用薛定諤的方程算出了一定概率之下粒子能夠穿墻的解道媚，雖說這個概率很小，但是這卻一直是籠罩在波函數(shù)方程的一個陰影衰琐，這個穿墻的解就叫做量子隧穿效應羡宙，也叫量子隧穿解方程虑省，有時候是會解出一些奇怪的解熟丸，這種事兒很常見绩鸣，這在物理學界也算默認的潛規(guī)則，畢竟波函數(shù)方程絕大部分時候是很好用的铐炫，你總不能因為這點事兒就全盤否定了這個解淫奔，我們該用還是要用的竞穷，至于這個問題我們以后還可以慢慢解決熟菲。

說到穿墻很多人可能都會覺得說這個事情肯定是有點扯，對面一堵墻我怎么過得去，除非是茅山道士會穿墻術，但那個都是胡扯，我們都知道變魔術都是假的埠况，真實世界是沒有人可以穿墻的恕出，但是你把墻砸個一人高的窟窿然后大搖大擺地走過去那是另一回事询枚，咱說的穿墻肯定是指在不破壞墻的前提下穿過去，雖說微觀世界和宏觀世界存在很大區(qū)別浙巫，但是薛定諤的波動方程可不只是說粒子可以穿墻金蜀，你把人的數(shù)據(jù)帶進方程里也是可以解出穿墻的解的，這個概率我會在文末說的畴。

原子的結構

稍微了解一點量子物理的人可能都知道其實微觀世界是很空曠的渊抄，原子內部99.95%的質量來源于原子核，而原子核的體積卻只占整個原子的10的15次方分之一丧裁，要知道一個原子的內部可沒什么東西护桦，就一個原子核加幾個電子，那電子就更小了煎娇，電子可以說根本就沒什么體積二庵，10的15次方分之一這是什么概念，就約等于說你一個人住在一億平方公里的區(qū)域里缓呛，要是這么說你還是沒什么概念的話那我再說個數(shù)據(jù)你就明白了催享，地球的表面積大概是5億平方公里，這就相當于地球的五分之一面積都是你的家哟绊，你就知道這是多大地方了吧因妙？

泡利不相容原理的解釋

泡利不相容原理顯然就是一個叫泡利的物理學家發(fā)現(xiàn)的，沃爾夫岡·泡利出生于1900年票髓，和海森堡差不多大攀涵，也是個天才少年，他19歲還在慕尼黑大學讀研究生的時候愛因斯坦曾去過那里作報告洽沟，而泡利居然就敢站起來直接指出愛因斯坦的錯誤以故，當然愛因斯坦其實也很欣賞這位年輕人，20歲的時候泡利寫了一本《廣義相對論》裆操，愛因斯坦評價說泡利是把廣義相對論講得最明白的人据德，泡利后來在哥本哈根和海森堡一起工作過一年，也算是哥本哈根學派的一員跷车。

泡利在25歲的時候就提出了這個可以解釋整個化學的泡利不相容原理棘利，這個解釋了整個化學是個什么概念，比如說水是H2O朽缴，我們都知道一個水分子是由兩個氫原子和一個氧原子構成的善玫，那么氫原子內部又是什么？是什么造成了氫和氧的區(qū)別？其實就是因為氫結構很簡單茅郎，就是由一個質子和一個電子構成的蜗元，宇宙中只要有個電子和質子它倆就可以成為一個氫原子，這就是為什么宇宙中數(shù)量最多的元素就是氫的原因系冗，而氧原子就復雜得多了奕扣，它內部包括有8個質子8個中子，原子核外還有8個電子掌敬，這就是一個大家庭惯豆，要這么多人聚在一起才能形成一個氧原子，所以氧原子要比氫稀有得多奔害，而泡利不兼容原理就解釋了為什么氫原子的內部這么簡單楷兽，而氧原子內部卻這么復雜。

你可以把原子當做是一塊地华临，而這些電子質子都是住進來的人芯杀，人住進來光有地可不夠，首先就是要蓋房子雅潭，這個房子就把地給占滿了揭厚，雖然一個人占不了多大地方，但是房子占地很大扶供，而這個房子就是電磁相互作用力筛圆，泡利就說這些電子們把房子蓋得都很大，所以當有新的電子想要在這塊地生活的話那就只能往上蓋诚欠，因為旁邊已經(jīng)沒有地方讓你蓋房子了，但是問題是你想去二樓還沒有樓梯漾岳，只能跳上去或者飛上去轰绵，這就需要有足夠多的能量。所以說低能級的環(huán)境下也很容易就可以產(chǎn)生氫這樣簡單的原子尼荆，因為很大一塊地里電子只需要蓋一層樓左腔，而氧原子內部競爭就比較激烈，后進來的電子們就只能攜帶更多的能量捅儒，然后繼續(xù)往上蓋房子才能住進來液样。

我們?yōu)槭裁创┎涣藟?/h1>

我們之所以穿不了墻，一沖過去就會被撞回來巧还，本質上來說我們沒有撞上任何東西鞭莽，而是我們身上帶負電的電子和墻上的帶負電的電子之間在距離達到一定臨界值的時候發(fā)生了電磁相互作用相互排斥，我們是被一種力給彈回來的麸祷，你如果想要穿墻那你就必須要有足夠高的能量澎怒，這么看來物質的本質其實就是一種力。

量子隧穿和原子核衰變

我們知道了雖然原子的內部非常的空曠阶牍，但是泡利不相容說了喷面，在電子的世界里這個地方我占了你就不能再來了星瘾，方圓幾千萬平方公里都是我的地方，想來可以自己飛上去蓋房子惧辈，既然如此薛定諤的方程里能夠解出穿墻的解那肯定是個BUG琳状，但是到了1928年當時24歲的美籍俄裔物理學家喬治·伽莫夫提出這個穿墻的解不應該被舍棄，因為量子隧穿效應其實對應了真實存在的物理現(xiàn)象盒齿，粒子即使在能級不足的情況下也是可以穿墻念逞，比如說量子隧穿現(xiàn)象就解釋了為什么原子核會衰變。

在原子的外部县昂，一旦在巨大能量的作用下沖破電磁相互作用的排斥之后肮柜，馬上就會被內部的強相互作用力接納并且牢牢地聚集在一起，除非有更強的力才能把他們分開倒彰，這種力就是核裂變审洞。原子核自己在沒受到力的情況下居然可以詭異的自己衰變這個就確實很奇怪，伽莫夫是物理學家肯定不是光嘴上說說待讳，他就通過一系列理論計算把原子核衰變的概率和量子隧穿的概率一對比發(fā)現(xiàn)正好吻合芒澜，這個時候物理學界就意識到了這個量子隧穿很可能是一個宇宙中很普遍存在的現(xiàn)象，只是我們之前都沒注意到创淡。

量子隧穿和核聚變

核聚變我們都知道痴晦，那是發(fā)生在恒星內部的巨大的能量釋放的過程，由于恒星的質量非常大所以在引力的作用下其核心部分就會受到非常強的擠壓琳彩，甚至突破電磁力把兩個原子核都擠壓到一起誊酌，這就相當于把地球擠壓成皮球那么大，但是經(jīng)過計算科學家就發(fā)現(xiàn)太陽內部的溫度是不足以產(chǎn)生核聚變的露乏，之所以太陽內部會產(chǎn)生核聚變恰恰是因為有量子隧穿碧浊，太陽核心在能量不足的情況下因為量子隧穿效應使得低能級的量子擺脫了強大作用力的束縛，使得本不足以聚在一起的原子核通過隧穿偶爾會詭異的聚在一起產(chǎn)生核聚變瘟仿，這也就是為什么太陽可以持續(xù)燃燒百億年的原因箱锐。

因為量子隧穿是個小概率事件，太陽的核心不是所有的粒子都在發(fā)生核聚變劳较，而是只有少部分粒子在一定概率下發(fā)生了量子隧穿效應才會產(chǎn)生核聚變驹止，而質量大于太陽數(shù)倍的恒星很可能只需要幾百萬年就燃燒殆盡，換句話說我們今天能沐浴在陽光下也是虧得有量子隧穿观蜗，如果不是有量子隧穿太陽就只會成為一顆巨大的氣體星球臊恋。

沒有量子隧穿就沒有現(xiàn)在的宇宙

另外還有植物的光合作用、細胞能夠呼吸墓捻、以及DNA的自我修復都和量子隧穿有關捞镰，甚至宇宙萬物的起源可能都和量子隧穿效應有關，之前我們講過熵的概念，按照宇宙大爆炸理論一開始宇宙就應該是均勻擴散的岸售，后來怎么就突然變得不均勻了践樱？這個也只能是因為量子隧穿隨機制造了不均勻，就因為這點點不均勻創(chuàng)造了如今的宇宙凸丸。

我們穿墻的概率

但是為啥我們人類無法穿墻拷邢？既然波函數(shù)解出了這個解憑啥對我們不適用？其實道理很簡單屎慢，波函數(shù)解出來的是個概率瞭稼，我們不是穿不了墻而是能夠穿墻的概率太低，你從現(xiàn)在開始每秒鐘撞一下墻腻惠，如果運氣好的話差不多200億年可能會成功一次环肘。

你認為數(shù)學是確定還是不確定

以前我們都覺得說這個數(shù)學可能就是我們用來了解宇宙的工具，然而直到薛定諤的方程解出穿墻的解我們才發(fā)現(xiàn)原來數(shù)學是制定宇宙法則的標桿集灌，方程說有穿墻的解那就是能穿墻悔雹，不是你覺得不合理你就可以舍掉的，數(shù)學說存在的東西就一定存在欣喧，反過來說數(shù)學不允許存在的東西應該一定就不存在腌零。

但是數(shù)學不允許有不確定性為什么量子力學就是有不確定性？這也是物理學家們對此存在爭議的原因唆阿，既然量子隧穿存在的證據(jù)無可辯駁益涧，那么形成它的原因又是什么？為什么有的電子就遂穿了有的電子就沒有驯鳖？這些問題依然無法解釋闲询，還是不確定的，你能算出這個概率浅辙，但是卻還是無法知道具體到底是哪個電子會遂穿扭弧，又是哪個電子為什么它就不遂穿，這個至今依然是個迷摔握，還是個概率寄狼。

這個世界是你認為的世界么

通過對量子世界的了解我們就會發(fā)現(xiàn)原來我們平時認識的這個世界其實根本不是這個世界真正的樣子丁寄，你以為你以為的根本不是你以為的氨淌，這個世界其實沒有什么事情是不可能，我們所常說的所謂不可能其實只是因為它發(fā)生的概率太低而已（所以我有理由相信我一定能實現(xiàn)小目標伊磺，至少比我穿墻的概率是要高的吧）盛正。