Хонгилын эффект нь сонгодог физикийн үүднээс огт боломжгүй, гайхалтай үзэгдэл юм. Гэвч нууцлаг, нууцлаг квант ертөнцөд матери ба энергийн харилцан үйлчлэлийн арай өөр хууль үйлчилдэг. Тунелийн эффект гэдэг нь түүний энерги нь саадны өндрөөс бага байх тохиолдолд тодорхой боломжит саадыг даван туулах үйл явц юм. Энэ үзэгдэл нь зөвхөн квант шинж чанартай бөгөөд сонгодог механикийн бүх хууль тогтоомж, сургаалуудтай бүрэн зөрчилддөг. Бидний амьдарч буй ертөнц илүү гайхалтай.
Квантын туннелийн эффект гэж юу болохыг ойлгох хамгийн сайн арга бол гольфын бөмбөгийг ямар нэгэн хүчээр нүхэнд оруулсан жишээг ашиглах явдал юм. Цагийн аль ч нэгжид бөмбөгний нийт энерги нь таталцлын хүчний эсрэг байна. Хэрэв бид таталцлын хүчнээс доогуур гэж үзвэл заасан объект өөрөө нүхнээс гарах боломжгүй болно. Гэхдээ энэ нь сонгодог физикийн хуулиудад нийцдэг. Нүхний ирмэгийг даван туулж, цаашаа явахын тулд нэмэлт кинетик импульс хэрэгтэй болно. Энэ бол агуу Ньютон хэлсэн үг юм.
Квантын ертөнцөд бүх зүйл арай өөр байдаг. Одоо нүхэнд квант бөөмс байна гэж бодъё. Энэ тохиолдолд бид газар дээрх бодит бие махбодийн хямралын тухай биш, харин физикчдийн уламжлалт байдлаар "боломжит нүх" гэж нэрлэдэг зүйлийн талаар ярих болно. Ийм утга нь физик талын аналог - эрчим хүчний саадтай байдаг. Энд нөхцөл байдал эрс өөрчлөгддөг. Квантын шилжилт гэж нэрлэгддэг зүйл болж, бөөмс саадаас гадуур гарч ирэхийн тулд өөр нэг нөхцөл шаардлагатай.
Хэрэв гадаад энергийн талбайн хүч нь бөөмсөөс бага байвал түүний өндрөөс үл хамааран бодит боломж бий. Ньютоны физикийн ойлголтод хангалттай кинетик энерги байхгүй ч гэсэн. Энэ бол ижил хонгилын нөлөө юм. Энэ нь дараах байдлаар ажилладаг. Аливаа бөөмийг ямар ч физик хэмжигдэхүүнгүйгээр, харин тодорхой цаг хугацааны нэгж бүрт бөөмс орон зайн тодорхой цэгт байрлах магадлалтай холбоотой долгионы функцээр дүрслэх нь ердийн зүйл юм.
Бөөм нь тодорхой саадтай мөргөлдөх үед Шредингерийн тэгшитгэлийг ашиглан та энэ саадыг даван туулах магадлалыг тооцоолж болно. Учир нь хаалт нь энергийг шингээхээс гадна экспоненциалаар унтраадаг. Өөрөөр хэлбэл, квант ертөнцөд даван туулах боломжгүй саад бэрхшээл гэж байдаггүй бөгөөд зөвхөн бөөмс нь эдгээр саад бэрхшээлээс цааш өөрийгөө олох боломжтой нэмэлт нөхцөлүүд юм. Төрөл бүрийн саад тотгор нь мэдээжийн хэрэг бөөмсийн хөдөлгөөнд саад учруулдаг боловч ямар ч хатуу, нэвтэршгүй хил хязгаар биш юм. Уламжлал ёсоор бол энэ нь бие махбодийн болон эрч хүчтэй хоёр ертөнцийн хоорондох нэг төрлийн хил юм.
Туннелийн эффект нь цөмийн физикт ижил төстэй байдаг - хүчирхэг цахилгаан талбар дахь атомын автоионжуулалт. Хатуу биеийн физикт туннелийн илрэлийн жишээнүүд бас элбэг байдаг. Үүнд талбайн ялгаралт, шилжилт хөдөлгөөн, түүнчлэн нимгэн диэлектрик хальсаар тусгаарлагдсан хоёр хэт дамжуулагчийн холбоо барихад үүсэх нөлөөллүүд орно. Хонгил нь бага ба криоген температурын нөхцөлд олон тооны химийн процессуудыг хэрэгжүүлэхэд онцгой үүрэг гүйцэтгэдэг.
Бөмбөлөг хана дундуур нисч чадах уу, ингэснээр хана нь эвдрэлгүй байрандаа үлдэж, бөмбөгний энерги өөрчлөгдөхгүй байх ёстой юу? Мэдээжийн хэрэг үгүй, энэ нь амьдралд тохиолддоггүй гэсэн хариултыг харуулж байна. Бөмбөг хана дундуур нисэхийн тулд түүнийг нэвтлэх хангалттай энергитэй байх ёстой. Үүний нэгэн адил, хэрэв та хөндий дэх бөмбөгийг толгод дээгүүр өнхрүүлэхийг хүсч байвал түүнийг боломжит саадыг даван туулахад хангалттай эрчим хүчний хангамжийг хангах хэрэгтэй - бөмбөгний дээд ба доторх боломжит энергийн ялгаа. хөндий. Хөдөлгөөнийг сонгодог механикийн хуулиар тодорхойлсон биетүүд хамгийн их боломжит энергиэс илүү нийт энергитэй байх үед л боломжит саадыг давдаг.
Бичил ертөнцөд хэрхэн өрнөж байна вэ? Бичил бөөмс нь квант механикийн хуулиудад захирагддаг. Тэд тодорхой траекторийн дагуу хөдөлдөггүй, харин долгион шиг сансарт "үрхсэн" байдаг. Микробөөмийн эдгээр долгионы шинж чанарууд нь гэнэтийн үзэгдлүүдэд хүргэдэг бөгөөд тэдгээрийн дотроос хамгийн гайхалтай нь хонгилын эффект юм.
Бичил ертөнцөд "хана" байрандаа үлдэж, электрон юу ч болоогүй юм шиг түүгээр нисдэг болох нь харагдаж байна.
Бичил хэсгүүд нь энерги нь өндрөөсөө бага байсан ч боломжит саадыг даван туулдаг.
Бичил ертөнц дэх боломжит саад тотгорыг ихэвчлэн цахилгаан хүч үүсгэдэг бөгөөд атомын цөмийг цэнэглэгдсэн бөөмсөөр цацрагаар цацах үед энэ үзэгдэл анх тохиолдсон. Протон гэх мэт эерэг цэнэгтэй бөөмс цөмд ойртох нь тааламжгүй байдаг, учир нь хуулийн дагуу протон ба цөмийн хооронд түлхэх хүч үйлчилдэг. Тиймээс протоныг цөмд ойртуулахын тулд ажил хийх ёстой; Боломжит энергийн график нь Зураг дээр үзүүлсэн шиг харагдаж байна. 1. Үнэн, протон цөмд ойртоход хангалттай (см-ийн зайд), хүчирхэг цөмийн таталцлын хүч (хүчтэй харилцан үйлчлэл) тэр даруйд орж, цөмд баригддаг. Гэхдээ та эхлээд ойртож, болзошгүй саад бэрхшээлийг даван туулах хэрэгтэй.
Протон нь E энерги нь саадны өндрөөс бага байсан ч үүнийг хийж чадна. Квант механикийн нэгэн адил протон цөмд нэвтэрнэ гэж баттай хэлэх боломжгүй юм. Гэхдээ боломжит саадыг ийм хонгилоор нэвтрүүлэх тодорхой магадлал бий. Энэ магадлал их байх тусам энергийн ялгаа бага байх тусам бөөмийн масс бага байх болно (мөн магадлалын хэмжээнээс хамаарах хамаарал нь маш хурц - экспоненциал юм).
Хонгил нээх санаан дээр үндэслэн Д.Коккрофт, Э.Уолтон нар 1932 онд Кавендишийн лабораторид цөмийн хиймэл хуваагдлыг нээжээ. Тэд анхны хурдасгуурыг бүтээсэн бөгөөд хурдасгасан протонуудын энерги нь боломжит саадыг даван туулахад хангалтгүй байсан ч протонууд туннелийн эффектийн ачаар цөмд нэвтэрч, цөмийн урвал үүсгэсэн. Хонгилын нөлөө нь альфа задралын үзэгдлийг мөн тайлбарлав.
Хонгилын эффект нь хатуу төлөвт физик, электроникийн чухал хэрэглээг олсон.
Металл хальсыг шилэн хавтан (субстрат) дээр түрхэж байна гэж төсөөлөөд үз дээ (ихэвчлэн үүнийг вакуум дахь металыг хуримтлуулах замаар олж авдаг). Дараа нь исэлдэж, гадаргуу дээр хэдхэн арван ангстромын зузаантай диэлектрик (оксид) давхарга үүсгэв. Тэгээд дахин тэд үүнийг металл хальсаар бүрхэв. Үр дүн нь "сэндвич" гэж нэрлэгддэг (энэ англи үг нь хоёр ширхэг талх, жишээлбэл, тэдгээрийн хооронд бяслагтай) эсвэл өөрөөр хэлбэл хонгилын холбоо болно.
Электронууд нэг металл хальснаас нөгөөд шилжиж чадах уу? Энэ нь тийм биш юм шиг санагдаж байна - диэлектрик давхарга нь тэдэнд саад болдог. Зураг дээр. 2-р зурагт электрон потенциал энергийн координатаас хамаарах хамаарлын графикийг үзүүлэв. Металд электрон чөлөөтэй хөдөлдөг ба түүний потенциал энерги тэгтэй тэнцүү байна. Диэлектрик руу орохын тулд ажлын функцийг гүйцэтгэх шаардлагатай бөгөөд энэ нь электроны кинетик (тиймээс нийт) энергиээс их байдаг.
Тиймээс металл хальсан дахь электронууд нь өндөр нь -тэй тэнцүү потенциал саадаар тусгаарлагддаг.
Хэрэв электронууд сонгодог механикийн хуулийг дагаж мөрдвөл ийм саад бэрхшээлийг даван туулах боломжгүй болно. Гэхдээ туннелийн эффектийн улмаас электронууд диэлектрикоор нэг металл хальснаас нөгөөд нэвтэрч чаддаг. Тиймээс нимгэн диэлектрик хальс нь электронуудыг нэвчүүлэх чадвартай болж хувирдаг - хонгилын гүйдэл гэж нэрлэгддэг гүйдэл дамжин урсаж болно. Гэсэн хэдий ч хонгилын нийт гүйдэл тэг байна: доод металлын хальснаас дээд давхарга руу шилжих электронуудын тоо дунджаар ижил тоо, эсрэгээр дээд хальснаас доод хэсэг рүү шилждэг.
Бид хонгилын гүйдлийг тэгээс яаж өөр болгох вэ? Үүнийг хийхийн тулд тэгш хэмийг зөрчих шаардлагатай, жишээлбэл, металл хальсыг U хүчдэлтэй эх үүсвэртэй холбоно. Дараа нь хальснууд нь конденсаторын хавтангийн үүрэг гүйцэтгэх бөгөөд диэлектрик давхаргад цахилгаан орон үүснэ. Энэ тохиолдолд дээд давхаргын электронууд саадыг даван туулах нь доод давхаргын электронуудаас илүү хялбар байдаг. Үүний үр дүнд бага эх үүсвэрийн хүчдэлд ч хонгилын гүйдэл үүсдэг. Хонгилын контактууд нь метал дахь электронуудын шинж чанарыг судлах боломжийг олгодог бөгөөд электроникийн салбарт ч ашиглагддаг.
TUNNEL EFFECT(туннель хийх) - сонгодог хэлбэрээр хориглосон хөдөлгөөний бүсээр дамжуулан системийн квант шилжилт механик. Ийм үйл явцын ердийн жишээ бол бөөмс дамжин өнгөрөх явдал юмболомжит саад тотгор
түүний энерги байх үед саадны өндрөөс бага. Бөөмийн импульс r 
энэ тохиолдолд хамаарлаас тодорхойлогдоно Хаана U(x) - боломж бөөмийн энерги (Т - масс), хаалт доторх бүсэд байх болно, төсөөллийн хэмжигдэхүүн. INквант механик баярлалаатодорхойгүй байдлын харилцаа Импульс ба координатын хооронд дэд саадтай хөдөлгөөн хийх боломжтой болно. Энэ муж дахь бөөмийн долгионы функц нь экспоненциалаар задардаг ба бараг сонгодог тохиолдол (харна ууХагас сонгодог ойртолт
Потенциал дамжуулалтын талаархи асуудлын нэг томъёолол. саад тотгор нь бөөмсийн хөдөлгөөнгүй урсгал хаалт дээр унасан тохиолдолд тохирох бөгөөд дамжуулсан урсгалын утгыг олох шаардлагатай. Иймэрхүү асуудлын хувьд коэффициентийг нэвтрүүлдэг. саад тотгор (хонгилын шилжилтийн коэффициент) Д, дамжуулсан ба ослын урсгалын эрчмийн харьцаатай тэнцүү байна. Хугацааны урвуу байдлаас үзэхэд энэ нь коэффициент юм. "Урагшаа" болон урвуу чиглэлд шилжих шилжилтийн ил тод байдал нь ижил байна. Нэг хэмжээст тохиолдолд коэффициент. ил тод байдлыг гэж бичиж болно
интеграци нь сонгодог хүртээмжгүй бүс нутагт явагддаг; X 1,2 - нөхцлөөс тодорхойлсон эргэлтийн цэгүүд Сонгодог хязгаар дахь эргэлтийн цэгүүдэд. механикийн хувьд бөөмийн импульс тэг болно. ДКоэф.
0 нь түүнийг тодорхойлохын тулд квант механикийн нарийн шийдлийг шаарддаг. даалгавар.
Квази сонгодог байх нөхцөл хангагдсан бол шууд саадыг эс тооцвол бүхэл бүтэн уртын дагуу эргэлтийн цэгүүдийн хөршүүд x Д 1.2 коэффициент Д 0 нь нэгээс арай өөр байна. Амьтад ялгаа Нэгдмэл байдлаас 0 нь, жишээлбэл, боломжит муруй байх тохиолдолд байж болно. саадын нэг талаас эрчим хүч маш огцом явдаг тул бараг сонгодогЭнэ ойролцооллыг ашиглах боломжгүй, эсвэл энерги нь саадны өндөрт ойрхон байх үед (өөрөөр хэлбэл экспонентын илэрхийлэл бага байна). Тэгш өнцөгт хаалт өндөрт зориулсан У o ба өргөн
А 
коэффициент ил тод байдлыг файлаар тодорхойлно ДХаана
Саадын суурь нь тэг энергитэй тохирч байна. Квази сонгодог хэлбэрээр хэрэг эв нэгдэлтэй харьцуулахад жижиг.Доктор. Бөөмийг хаалтаар нэвтрүүлэх асуудлыг дараах байдлаар томъёолно. Бөөмийн эхэнд байгаарай цаг хугацааны агшин гэж нэрлэгддэг ойролцоо төлөвт байна. үл нэвтрэх саадтай (жишээлбэл, хаалтаас хол дээш өргөгдсөн үед) тохиолдох хөдөлгөөнгүй байдал. 
боломжит сайн ялгаруулж буй бөөмийн энергиээс их өндөрт).Энэ төлөвийг нэрлэдэг хагас суурин. Хөдөлгөөнгүй төлөвтэй адил бөөмийн долгионы функцийн цаг хугацааны хамаарлыг энэ тохиолдолд хүчин зүйлээр тодорхойлно.
Нарийн төвөгтэй хэмжигдэхүүн энд энерги хэлбэрээр гарч ирдэг Э, төсөөллийн хэсэг нь T.-ийн улмаас нэгж хугацаанд хагас суурин төлөвийн задралын магадлалыг тодорхойлдог.
Хагас сонгодог хэлбэрээр хандлагад f-loy (3)-аар өгөгдсөн магадлал нь экспоненциал агуулна. in-f-le (1)-тэй ижил төрлийн хүчин зүйл. Бөмбөрцөг тэгш хэмтэй потенциалын хувьд. саад гэдэг нь тойрог замаас хагас суурин төлөв задрах магадлал юм. л f-loy-ээр тодорхойлогддог Эндболомжийн сонгодог зөвшөөрөгдсөн хэсэг дэх хөдөлгөөний шинж чанараас хамаарна, жишээлбэл. тэр пропорциональ. сонгодог саадны хана хоорондын бөөмийн давтамж.
T. e. хүнд цөмийн задралын механизмыг ойлгох боломжийг бидэнд олгодог. Бөөм ба охин цөмийн хооронд цахилгаан статик хүч байдаг. f-loy-ээр тодорхойлогддог түлхэлт Хэмжээний эрэмбийн бага зайд Уцөмүүд нь тийм эфф. боломжийг сөрөг гэж үзэж болно: 
Үүний үр дүнд магадлал У-задрал нь хамаарлаар өгөгддөг
Энд ялгарч буй а бөөмийн энерги байна.
T. e. Нар, оддод хэдэн арван, хэдэн зуун сая градусын температурт термоядролын урвал явагдах боломжийг тодорхойлдог (харна уу. Оддын хувьсал), түүнчлэн термоядролын дэлбэрэлт эсвэл CTS хэлбэрээр хуурай газрын нөхцөлд.
Сул нэвчилттэй хаалтаар тусгаарлагдсан хоёр ижил худгаас бүрдэх тэгш хэмийн потенциалд, i.e. нь худгийн төлөв байдалд хүргэдэг бөгөөд энэ нь салангид энергийн түвшний сул давхар хуваагдалд хүргэдэг (инверсийн хуваагдал гэж нэрлэгддэг; үзнэ үү.Молекулын спектр)
. Сансар огторгуйд хязгааргүй үечилсэн нүхний хувьд түвшин бүр нь энергийн бүс болж хувирдаг. Энэ бол нарийн электрон энерги үүсэх механизм юм. Торны сайтуудтай электронуудын хүчтэй холбоо бүхий талст дахь бүсүүд.
Хэрэв хагас дамжуулагч болор дээр цахилгаан гүйдэл хэрэглэвэл. талбар, дараа нь зөвшөөрөгдсөн электрон энергийн бүсүүд орон зайд налуу болно. Тиймээс шуудангийн түвшин электрон энерги бүх бүсийг дайран өнгөрдөг. Эдгээр нөхцөлд нэг энергийн түвшнээс электрон шилжих боломжтой болно. бүсүүд нь бусад нь улмаас T. e. Сонгодог байдлаар нэвтрэх боломжгүй газар бол хориотой энергийн бүс юм. Энэ үзэгдлийг гэж нэрлэдэг. Зенерийн эвдрэл. Квази сонгодог Ойролцоогоор энд цахилгаан эрчим хүчний бага утгатай тохирч байна.талбайнууд. Энэ хязгаарт Zener-ийн эвдрэлийн магадлалыг үндсэндээ тодорхойлдог. экспоненциал, тайрах үзүүлэлтэд том сөрөг байна. хориотой энергийн өргөний харьцаатай пропорциональ утга. нэгж эсийн хэмжээтэй тэнцүү зайд хэрэглэсэн талбарт электрон авсан энергийн бүс. саадны өндрөөс бага. Бөөмийн импульсҮүнтэй төстэй нөлөө гарч ирдэг туннелийн диодууд, хагас дамжуулагчийн улмаас бүсүүд налуу байна
T. e-д баярлалаа. цахилгаан боломжтой нимгэн диэлектрикээр тусгаарлагдсан хоёр металлын хоорондох гүйдэл. хуваалт. Эдгээр металлууд нь хэвийн болон хэт дамжуулагч төлөвт хоёуланд нь байж болно..
Сүүлчийн тохиолдолд байж болно Жозефсон эффект T. e. Хүчтэй цахилгаан гүйдэлд тохиолддог ийм үзэгдлүүд үүсдэг. атомын автоионжуулалт гэх мэт талбарууд (харна уу Талбайн ионжуулалт) Мөн автомат электрон ялгаруулалтметаллаас. Аль ч тохиолдолд цахилгаан
талбай нь хязгаарлагдмал ил тод байдлын саадыг бүрдүүлдэг. Цахилгаан хүчтэй байх тусмаа талбар, саад тотгор нь ил тод байх тусам металлаас электрон гүйдэл хүчтэй болно. Энэ зарчим дээр үндэслэсэн хонгилын микроскопыг сканнердах- судлагдаж буй гадаргуугийн янз бүрийн цэгүүдээс хонгилын гүйдлийг хэмжиж, түүний нэг төрлийн бус байдлын шинж чанарын талаар мэдээлэл өгөх төхөөрөмж. T. e. нь зөвхөн нэг бөөмсөөс бүрдэх квант системд боломжгүй юм. Тиймээс, жишээлбэл, талст дахь бага температурт хөдөлгөөн нь олон тооны бөөмсөөс бүрдэх дислокацын эцсийн хэсгийг туннел хийхтэй холбоотой байж болно. Энэ төрлийн асуудалд шугаман мултралыг эхлээд тэнхлэгийн дагуу байрлах уян утас хэлбэрээр дүрсэлж болно.цагт хонгилын микроскопыг сканнердахболомжийн орон нутгийн минимумуудын нэгэнд X V(x, y) . Энэ боломж нь үүнээс хамаардаггүй, тэнхлэгийн дагуух түүний рельеф нь болорт үзүүлэх механик хүчнээс хамаарч тус бүр нь нөгөөгөөсөө тодорхой хэмжээгээр бага байдаг орон нутгийн минимумуудын дараалал юм. .).
Энэхүү стрессийн нөлөөн дор нүүлгэн шилжүүлэлтийн хөдөлгөөн нь тодорхойлогдсон зэргэлдээх хамгийн бага хэмжээнд туннел болж буурдаг. мултралын сегмент, дараа нь түүний үлдсэн хэсгийг тэнд татах. Ижил төрлийн хонгилын механизм нь хөдөлгөөнийг хариуцаж болно 
энэ тохиолдолд хамаарлаас тодорхойлогдоно цэнэгийн нягтын долгион Peierls-д (үзнэ үү цэнэгийн нягтын долгион Peierls шилжилт
Квант бөөмсийг даван туулах боломж. хаалт нь термостаттай холбогдсон байж болно. Сонгодог хэлбэрээр Механикийн хувьд энэ нь үрэлтийн хөдөлгөөнтэй тохирч байна. Тиймээс туннелийг тайлбарлахын тулд онолыг ашиглах шаардлагатай байна сарниулах. Иосефсоны контактуудын одоогийн төлөв байдлын хязгаарлагдмал хугацааг тайлбарлахад ийм төрлийн бодол санааг ашиглах ёстой. Энэ тохиолдолд хонгил үүснэ. квант бөөмс нь саадыг дамжин өнгөрөх ба термостатын үүргийг ердийн электронууд гүйцэтгэдэг.
Лит.:Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М., Квантын механик, 4-р хэвлэл, М., 1989; Зиман Ж., Хатуу биеийн онолын зарчим, хөрвүүлэлт. Англи хэлнээс, 2-р хэвлэл, М., 1974; Баз А.И., Зельдович Я., Переломов А.М., Релятивист бус квант механик дахь тархалт, урвал ба задрал, 2-р хэвлэл, М., 1971; Хатуу биет дэх хонгилын үзэгдэл, транс. Англи хэлнээс, М., 1973; Лихарев К.К., Жозефсоны уулзваруудын динамикийн танилцуулга, М., 1985 он. Б.И.Ивлев.
Квант бөөмс нь сонгодог энгийн бөөмийн хувьд давж гарахгүй саадыг нэвтлэх магадлал бий.
Газар ухсан бөмбөрцөг нүхний дотор бөмбөг эргэлдэж байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Бөмбөлөгний энерги нь цаг хугацааны аль ч үед түүний кинетик энерги ба таталцлын боломжит энергийн хооронд бөмбөг нь нүхний ёроолтой харьцуулахад хэр өндөр байгаагаас хамаарч (термодинамикийн нэгдүгээр хуулийн дагуу) хуваарилагддаг. . Бөмбөлөг нүхний хажуу талд хүрэхэд хоёр хувилбар боломжтой. Хэрэв түүний нийт энерги нь бөмбөгний байрлалын өндрөөр тодорхойлогддог таталцлын талбайн боломжит энергиэс давсан бол нүхнээс үсрэх болно. Бөмбөгний нийт энерги нь нүхний хажуугийн түвшинд таталцлын боломжит энергиэс бага байвал бөмбөг доошоо эргэлдэж, нүх рүү буцаж, эсрэг тал руу эргэлдэнэ; Боломжит энерги нь бөмбөгний нийт энергитэй тэнцүү байх үед тэр зогсч, буцах болно. Хоёрдахь тохиолдолд нэмэлт кинетик энерги өгөхгүй бол бөмбөг хэзээ ч нүхнээс гарахгүй - жишээлбэл, түлхэх замаар. Ньютоны механикийн хуулиудын дагуу , Бөмбөлөг хөлөг дээр өнхрөх хангалттай хүч чадалгүй бол нэмэлт эрч хүч өгөхгүйгээр нүхнээс хэзээ ч гарахгүй.
Одоо нүхний хажуу талууд дэлхийн гадаргуугаас дээш гарч байна гэж төсөөлөөд үз дээ (сарны тогоо шиг). Бөмбөг ийм нүхний өргөгдсөн тал дээр унаж чадвал цааш эргэлдэнэ. Бөмбөг ба нүхний Ньютоны ертөнцөд бөмбөг дээд ирмэгт хүрэх хэмжээний кинетик энерги байхгүй тохиолдолд бөмбөг нүхний хажуугаар цааш өнхрөх нь ямар ч утгагүй гэдгийг санах нь чухал юм. Хэрэв энэ нь ирмэг дээр хүрэхгүй бол тэр зүгээр л нүхнээс гарахгүй бөгөөд үүний дагуу ямар ч нөхцөлд, ямар ч хурдтайгаар, хажуугийн ирмэг нь гадаргуугаас хичнээн өндөр байсан ч цааш өнхрөхгүй. .
Квант механикийн ертөнцөд бүх зүйл өөр байдаг. Ийм нүх шиг зүйлд квант бөөмс байдаг гэж төсөөлье. Энэ тохиолдолд бид бодит физик нүхний тухай ярихаа больсон, харин бөөмс нь физикчдийн тохиролцсон зүйлээс гарахаас сэргийлж буй саадыг даван туулахад шаардлагатай тодорхой эрчим хүчний хангамжийг шаарддаг нөхцөлт нөхцөл байдлын тухай ярьж байна. "боломжтой нүх". Энэ нүхэнд мөн хажуугийн энергийн аналог байдаг - гэж нэрлэгддэг "болзошгүй саад тотгор". Тиймээс, хэрэв боломжит саадаас гадуур бол эрчим хүчний талбайн эрчмийн түвшин бага байна , Энэ бөөмийн бодит кинетик энерги нь Ньютоны утгаараа самбарын ирмэгийг "давахад" хангалтгүй байсан ч бөөмсийн эзэмшдэг энергиэс илүү "хэт" байх боломжтой. Боломжит саадыг дамжин бөөмсийг нэвтрүүлэх энэхүү механизмыг квант туннелийн эффект гэж нэрлэдэг.
Энэ нь дараах байдлаар ажилладаг: квант механикт бөөмийг долгионы функцээр дүрсэлсэн байдаг бөгөөд энэ нь тухайн бөөм нь тухайн цаг мөчид тухайн газарт байрлах магадлалтай холбоотой байдаг. Хэрэв бөөмс боломжит саадтай мөргөлдвөл Шредингерийн тэгшитгэл Долгионы функц нь сааданд эрч хүчээр шингэж зогсохгүй маш хурдан - экспоненциал байдлаар унтардаг тул бөөмсийг нэвтлэх магадлалыг тооцоолох боломжийг олгодог. Өөрөөр хэлбэл квант механикийн ертөнц дэх боломжит саад тотгор бүдгэрч байна. Энэ нь мэдээж бөөмсийг хөдөлгөхөөс сэргийлдэг боловч Ньютоны сонгодог механикийн нэгэн адил хатуу, нэвтэршгүй хил биш юм.
Хэрвээ саад нь хангалттай бага эсвэл бөөмийн нийт энерги босгонд ойрхон байвал долгионы функц нь хэдийгээр бөөмс саадны ирмэгт ойртох тусам хурдацтай буурч байгаа ч түүнийг даван туулах боломжийг үлдээдэг. Өөрөөр хэлбэл, бөөмс нь боломжит саад тотгорын нөгөө талд илрэх тодорхой магадлал байдаг - Ньютоны механикийн ертөнцөд энэ нь боломжгүй юм. Мөн бөөмс саадны ирмэгийг давсны дараа (сарны тогоо хэлбэртэй бол) гарч ирсэн нүхнээсээ гаднах налуугаараа чөлөөтэй эргэлдэнэ.
Квантын хонгилын уулзвар нь бөөмийн боломжит хаалтаар дамжин нэг төрлийн "нэвчилт" буюу "нэвчих" гэж үзэж болох бөгөөд үүний дараа бөөмс саадаас холдох болно. Байгаль дээр ийм үзэгдлийн олон жишээ бий, орчин үеийн технологид ч бий. Ердийн цацраг идэвхт задралыг авч үзье: хүнд цөм нь хоёр протон, хоёр нейтроноос бүрдсэн альфа бөөмсийг ялгаруулдаг. Нэг талаас, бидний жишээн дээрх бөмбөгийг нүхэнд барьж байсан шиг хүнд цөм нь альфа бөөмсийг дотор нь дотроос нь барьж байдаг байдлаар төсөөлж болно. Гэсэн хэдий ч альфа бөөмс нь цөм доторх бондын саадыг даван туулах хангалттай чөлөөт энергигүй байсан ч түүнийг цөмөөс салгах боломж байсаар байна. Мөн аяндаа альфа ялгаралтыг ажигласнаар бид туннелийн эффектийн бодит байдлын туршилтын баталгааг хүлээн авдаг.
Хонгилын эффектийн өөр нэг чухал жишээ бол оддыг эрчим хүчээр хангадаг термоядролын нэгдлийн процесс юм. см.Оддын хувьсал). Термоядролын нэгдлийн үе шатуудын нэг нь дейтерийн хоёр цөм (нэг протон, нэг нейтрон) мөргөлдсөний үр дүнд гелий-3 цөм (хоёр протон, нэг нейтрон) үүсч, нэг нейтрон ялгардаг. Кулоны хуулийн дагуу ижил цэнэгтэй хоёр бөөмийн хооронд (энэ тохиолдолд дейтерийн цөмийн нэг хэсэг болох протонууд) харилцан түлхэлтийн хүчтэй хүч байдаг - өөрөөр хэлбэл хүчирхэг потенциал саад байдаг. Ньютоны ертөнцөд дейтерийн цөм нь гелий цөмийг нийлэгжүүлэхэд хангалттай ойртож чадахгүй байв. Гэсэн хэдий ч оддын гүнд температур, даралт нь маш өндөр байдаг тул цөмийн энерги нь нэгдэх босгон дээр ойртдог (бидний ойлголтоор цөмүүд бараг л саадны ирмэг дээр байдаг), үүний үр дүнд туннелийн эффект ажиллаж, термоядролын нэгдэл үүсч, одод гэрэлтдэг.
Эцэст нь, туннелийн эффектийг электрон микроскопын технологид практикт аль хэдийн ашиглаж байна. Энэ хэрэгслийн үйлдэл нь датчикийн металл үзүүр нь судалж буй гадаргуу руу маш богино зайд ойртож байгаа явдал юм. Энэ тохиолдолд боломжит саад нь металын атомын электронуудыг судалж буй гадаргуу руу урсахаас сэргийлдэг. Сорьцыг маш ойрхон зайд шилжүүлэх үед Шалгаж буй гадаргууг тэрээр атомаар нь ангилдаг. Зонд нь атомуудтай ойрхон байх үед саад нь бага байдаг , Тэдний хоорондох зайд датчик өнгөрөхөөс илүү. Үүний дагуу төхөөрөмж атомыг "тэврэх" үед туннелийн эффектийн үр дүнд электрон алдагдлын улмаас гүйдэл нэмэгдэж, атомын хоорондох зайд гүйдэл буурдаг. Энэ нь гадаргуугийн атомын бүтцийг нарийвчлан судлах, тэдгээрийг шууд утгаараа "зураглах" боломжийг олгодог. Дашрамд хэлэхэд электрон микроскопууд нь бодисын бүтцийн атомын онолын эцсийн баталгааг өгдөг.
Квантын хэмжээсийн эффектүүдийн хамгийн тод төлөөлөгч бол туннелийн эффект буюу орчин үеийн электроник, багаж хэрэгслийн хөгжилд чухал үүрэг гүйцэтгэсэн цэвэр квант үзэгдэл юм. Туннелийн үзэгдлийг манай нутаг нэгтэн Г.А.Гамов 1927 онд нээсэн бөгөөд бөөмсийн энерги нь саадны өндрөөс бага байсан ч боломжит саадыг даван гарах боломжийг тодорхойлсон Шредингерийн тэгшитгэлийн шийдлүүдийг анх гаргажээ. . Олдсон шийдлүүд нь сонгодог физикийн үзэл баримтлалын хүрээнд ойлгох боломжгүй олон туршилтын өгөгдлийг ойлгоход тусалсан.
Физикт анх удаа туннелийн эффектийг атомын цөмийн цацраг идэвхт задралыг тайлбарлахад ашигласан, жишээлбэл:
Гелийн атомын цөм болох бөөмс нь тогтворгүй цөмөөс гарах хангалттай энергигүй байдаг нь баримт юм. Энэ замд бөөмс асар том (28 МэВ), гэхдээ нэлээд нарийхан (10 -12 см - цөмийн радиус) боломжит саадыг даван туулах хэрэгтэй. ЗХУ-ын эрдэмтэн Г.Гамов (1927) энэ тохиолдолд атомын цөм задрах нь бөөмийн шилжилтийн туннелийн ачаар боломжтой болохыг харуулсан. Хонгилын эффектийн ачаар металаас электрон хүйтнээр ялгарах болон бусад олон үзэгдлүүд бас тохиолддог. Олон шинжлэх ухааны үндэс суурь болсон түүний ажлын үр дүнгийн сүр жавхлангийн төлөө Г.А. Гамов хэд хэдэн Нобелийн шагнал хүртэх ёстой байв. Г.А.Гамовыг нээснээс хойш ердөө гучин жилийн дараа туннелийн эффект дээр суурилсан анхны төхөөрөмжүүд гарч ирэв - туннелийн диод, транзистор, мэдрэгч, хэт бага температурыг хэмжих термометр, эцэст нь сканнерийн хонгилын микроскопууд орчин үеийн судалгааны үндэс суурийг тавьсан. нано бүтэц дээр. Туннелийн эффект гэдэг нь түүний нийт энерги (хонгил хийх явцад өөрчлөгдөөгүй) саадны өндрөөс бага байх тохиолдолд микро бөөмийн боломжит саадыг даван туулах үйл явц юм. Хонгилын эффект нь зөвхөн квант шинж чанартай үзэгдэл бөгөөд үүнийг сонгодог үзэл баримтлалын хүрээнд тайлбарлах боломжгүй юм. Долгионы оптик дахь хонгилын эффектийн аналог нь геометрийн оптикийн үүднээс авч үзвэл нийт дотоод тусгал үүсдэг нөхцөлд гэрлийн долгионыг тусгах орчинд (гэрлийн долгионы уртын дарааллаар зайд) нэвтрүүлэх явдал байж болно. Ерөнхийдөө хонгилын эффект гэдэг нь түүний нийт энерги (хонгил хийх явцад өөрчлөгдөөгүй) саадны өндрөөс бага байх тохиолдолд микро бөөмийн боломжит саадыг даван туулах үйл явц юм. Сонгодог механикт бөөмийн нийт энерги нь түүний боломжит энергиэс их байх нөхцөлд хөдөлгөөн үүсдэг. тэгш бус байдал байна:
Нийт энерги нь кинетик ба боломжит энергийн нийлбэртэй тэнцүү тул:
кинетик энерги нь тэгээс их байвал нийт ба боломжит энергийн ялгаа нь тэгээс их байх болно.
Ингэснээр дараах нөхцөл хангагдана.
Хайрцаг дотор потенциал энерги тэгтэй тэнцэх тул боломжит хайрцаг дахь бөөмийн хөдөлгөөний асуудал нь энэ нөхцлийг хангаж байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй. Гэсэн хэдий ч квант механикт нийт энерги нь боломжит энергиэс бага байх нөхцөлд хөдөлгөөн бас боломжтой байдаг. Ийм ажлуудыг нийтлэг нэрээр нэгтгэдэг - болзошгүй саад бэрхшээлүүд. Тэгш өнцөгт хэлбэрийн боломжит саадыг авч үзье. I муж дахь боломжит утгыг тэг, . II бүсэд боломжит энергийн утгыг саадын өндрөөр ижил хэмжээгээр тодорхойлдог тул . III бүсэд боломжит энергийн утга тэг, . Бүс нутгийн хувьд долгионы функцийг тэмдэглэе: I бүс, II бүс, III бүс нутаг. Энэ асуудалд бөөмийн нийт энерги нь боломжит саадын өндрөөс бага байх тохиолдолд бид сонирхох болно. гэсэн нөхцөлд.
Зураг 8.Боломжит хаалтаар бөөмсийг нэвтрүүлэх
Гурван бүс тус бүрийн хувьд бид Шредингерийн тэгшитгэлийг бичиж, стандарт хэлбэрт оруулж, ерөнхий шийдлүүдийг тайлбарлана. I муж дахь бөөмийн хөдөлгөөнийг авч үзье. Энэ тохиолдолд бөөмийн долгионы функцийг тэмдэглэе. Бөөмүүдийн чөлөөт хөдөлгөөний нэгэн адил Шредингерийн тэгшитгэлийг дараах байдлаар бичнэ.
үүнээс үүдэн:
I бүсийн Шредингерийн тэгшитгэлийн ерөнхий шийдийг дараах байдлаар бичиж болно.
функцийн эхний хэсгийг боломжит саад дээр долгион туссан гэж тайлбарлаж болно (I мужид бөөмийн зүүнээс баруун тийш хөдөлгөөн). Коэффициент ба тус тус тохиолдлын далайц ба туссан долгион гэж нэрлэгддэг. Тэд боломжит саадыг даван туулах долгионы магадлал, түүнчлэн саадаас тусах магадлалыг тодорхойлдог. Долгионы функцийн илэрхийлэл дэх тэлэлтийн коэффициентүүд нь саад руу шилжиж буй бөөмсийн цацрагийн эрчтэй холбоотой байдаг эсвэл үүнээс тусгагдсан байдаг тул ослын долгионы далайцыг авч үзвэл бид дараахь зүйлийг авна.
Одоо II муж дахь бөөмийн хөдөлгөөнийг авч үзье. Энэ асуудлын нөхцөлд бөөмийн нийт энерги нь боломжит саадын өндрөөс бага байх тохиолдолд бидний бие махбодийн сонирхол байх болно, энэ нь дараах хэлбэрийн нөхцлийн биелэлттэй тохирч байна.
II бүсийн хувьд:
тэдгээр. Бөөмийн боломжит энергийн утгыг саадын өндрөөр тодорхойлно - бүсийн хэмжээ.
II бүсийн Шредингерийн тэгшитгэл нь дараах хэлбэртэй байна.
үүнээс үүдэн:
