​没有“量子穿墙术”就没有生命_5.人体与生命科学_蓝星新时代网
繁體中文
当前位置:首页 > 科技新知 > 5.人体与生命科学 > 详细内容
​没有“量子穿墙术”就没有生命
发布时间:2023/3/23  阅读次数:1304  字体大小: 【】 【】【

没有“量子穿墙术”就没有生命

原创  量子科学  量子科学  2023-03-21 05:46  发表于贵州
  


      土行孙遁土行走,崂山道士穿墙而过,这些故事在宏观世界里,只能是永远的神话。然而在微观世界里,“量子穿墙术”时刻在发生。

图片

传说中的量子穿墙术

       一个人要到达一座山的另一边,需要从山脚爬到山顶,又从山顶下到另一边山脚。如果你是一个“量子人”,就不用那样费劲,可以直接穿山而过。一个微观粒子,能够穿透比它强得多的能量壁垒,就好像有人帮它挖了一个隧道似的,这种效应被科学家趣称为隧道效应,或者称为量子隧穿效应。

       当然,量子隧穿具有概率性。简单地说,一个微观粒子面对比它高的能量势垒,有时能够穿透,有时不能穿透;或者说,一群粒子面对比它们高的能量势垒,有的能够穿透,有的不能穿透。就像买彩票,中大奖的几率是有的,究竟谁能够中奖,事先无法确定,全靠运气。

图片

量子隧穿示意图

       量子隧穿是物质得以进化的前提条件。

       宇宙形成之初,只有氢和氦两种元素,由于某种不稳定因素导致了星云的形成。原初的星云,是氢和氦两种元素的混合体。在引力的作用下,某个区域的尘埃会越聚越多,密度越来越大,就形成了第一代恒星。

       随着恒星内部的压力和温度不断增高,两个氢原子核通过通过量子隧穿,突破电子层的能量势垒,发生熔合核反应,形成较重的氦元素;当恒星内部压力和温度越来越高,较重的原子核之间,同样会通过量子隧穿的方式,形成更重的元素,如碳、氮、氧、铁等元素。超大恒星发生引力坍塌,会创生出更重的元素,如金、铅、铀等物质。

       熔合核反应中释放出来的辐射能量,形成向外的推力,阻止了恒星进一步的引力坍缩。如果没有量子隧穿,就不会形成较重的元素来抵抗恒星内部极端强大的压力和高温,氢和氦两种元素就会被“压碎”成为纯能量形式,恒星也会很快就坍塌消失。

图片

核聚变示意图

       恒星才是真正的炼金炉,从锂元素开始的一百多种元素,都是恒星内部核聚变的产物。有的恒星到达晚年,会发生大爆炸,大量的重元素被抛射出来,为生命的形成做了物质准备。

       量子隧穿是一切化学反应的基础。

       存在于原子核外的电子,会形成一道坚固无比的能量墙壁——电能势垒。我们站在地板上,之所以不会掉下去,全靠核外电子构筑起来的能量长城。我们实际上是漂浮在原子核上面。

图片

       有了这道坚固的能量墙壁,外物就无法穿透。但是,量子隧穿效应允许电子穿透到另外一个原子的一边。两个原子在条件合适的情况下,可以共享一个电子。原子与原子之间,正是通过共享电子的方式形成分子或化合物。可以说,没有量子隧穿效应,就没有化学反应,也就没有构筑生命的有机物。

       可以说,没有“量子穿墙术”,宇宙就不可能演化出多彩多姿的物质形态,也不可能进化出现五彩缤纷的生命,更不可能进益出人间的爱恨情仇。

       量子隧穿与我们的生活息息相关。植物的光合作用,之所以那样高效,是因为叶绿素巧妙地运用了量子隧穿效应;动物的鼻子之所以能够闻到气味,也是因为嗅觉细胞运用了量子隧穿效应。

图片

光合作用示意图

       量子隧穿对于生命世界的形成功不可没,但也会给人类的高科技带来烦恼。芯片是手机的核心部位,就像人类的大脑,能量消耗巨大。芯片做得越小,运算速度就会更快,耗能也就会越小。现在的手机芯片,大都在5至7纳米,运算和耗能的体验已经非常好了。但是,现在的智能手机,一天就要充一次电,仍然不理想。

芯片

       能不能将芯片做得更小一些呢?这个太难了!不是因为制作技术的限制,而是到达1纳米以下的尺度,量子隧穿效应开始明显起来,电子便无法正常执行运算功能。量子隧穿效应,决定了电子芯片存在着一个无法越狱的极限。

       美国疯狂地封锁华为,其实并可怕。他们的芯片已经到达了极限,中国只要祛除浮躁情绪,坚持“守正笃行、久久为功”的加油精神,通过10到15年的技术积累,制造出5纳米甚至1纳米的芯片一定不是梦。就像一场马拉松比赛,冠军跑到终点就再也没有办法继续前进,我们要哪怕跑得像蜗牛那样慢,只要脚步一刻不停,最终也会到达终点。

       有人幻想通过走“量子芯片”的弯道,实现中国芯片技术超车。殊不知“量子”还是一匹未被驯服的野马,让它来拉芯片的车,只怕会人仰车翻马跑。弯道超车违反法律,量子芯片绕不开传统芯片的道。“量子”可以隧穿高阶能量壁垒,但人是宏观物体,不要幻想去走它的“弯道”。科学技术研究,要守正道,要持之以恒、锲而不舍、驰而不息,最终才能取得“正果”。

我要评论
  • 匿名发表
  • [添加到收藏夹]
  • 发表评论:(匿名发表无需登录,已登录用户可直接发表。) 登录状态:未登录
最新评论
所有评论[0]
    暂无已审核评论!

  蓝星新时代  | 版权所有 | 联系信箱及支付宝 fozairenjian#126.com (使用时#改@

本站域名 www.lxxsd.cn         豫ICP备08106469号-4             内 


分享到: