1500萬(wàn)度還是太低！沒有量子隧穿太陽(yáng)就要熄滅了？ 諾貝爾獎(jiǎng)背后的奧秘！2025年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)再次將全世界的目光聚焦于“量子隧穿”這一神奇現(xiàn)象。這個(gè)名詞或許在科普文章或科幻電影中出現(xiàn)過，讓人覺得既高深又遙遠(yuǎn)，仿佛是專屬于實(shí)驗(yàn)室的深?yuàn)W術(shù)語(yǔ)。然而，量子隧穿與三次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（2025年、1986年和1973年）直接相關(guān)，它不僅是太陽(yáng)能量的來源，也是地球萬(wàn)物生長(zhǎng)的前提。沒有量子隧穿，太陽(yáng)將無(wú)法發(fā)光發(fā)熱，宇宙將一片死寂。

太陽(yáng)是一座巨大的核聚變反應(yīng)堆，其能量來源于核心深處每秒約6億噸氫元素聚變成氦元素的過程。盡管這個(gè)過程看似簡(jiǎn)單，但其中隱藏著一個(gè)曾讓物理學(xué)家困惑的難題：太陽(yáng)核心溫度約為1500萬(wàn)攝氏度，這在經(jīng)典理論看來太低了，不足以支持核聚變反應(yīng)。事實(shí)上，核聚變需要極高的密度、極高的溫度和足夠的約束時(shí)間。太陽(yáng)核心的密度高達(dá)150×10^3 kg/m3，遠(yuǎn)高于地球上任何物質(zhì)的密度。此外，原子核之間的庫(kù)倫排斥力也是一大障礙，需要足夠高的溫度才能克服這種排斥力。

1920年，英國(guó)天文學(xué)家亞瑟·愛丁頓首次提出太陽(yáng)的能量可能來源于氫原子核聚變成氦原子核的過程，但當(dāng)時(shí)這一理論受到了廣泛質(zhì)疑。直到1928年，核物理學(xué)家喬治·伽莫夫利用量子隧穿效應(yīng)成功解釋了太陽(yáng)溫度“過低”的問題。量子力學(xué)中的粒子具有波粒二象性，一個(gè)粒子以一定的概率分布存在于空間中。在經(jīng)典物理中，粒子必須有足夠的動(dòng)能才能越過勢(shì)壘，而在量子力學(xué)中，無(wú)論粒子能量如何，總有一定概率出現(xiàn)在勢(shì)壘另一側(cè)。因此，即使太陽(yáng)核心溫度較低，量子隧穿效應(yīng)也能使核聚變反應(yīng)發(fā)生。

量子隧穿不僅在宇宙尺度上維持了太陽(yáng)的燃燒，還在我們的日常生活中發(fā)揮著重要作用。例如，智能手機(jī)和電腦中的閃存芯片依靠量子隧穿效應(yīng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。寫入信息時(shí)，電壓迫使電子隧穿一層薄薄的絕緣層，將其囚禁在浮柵中，從而代表一個(gè)“0”或“1”。量子隧穿還限制了芯片尺寸的下限。當(dāng)制程工藝縮小到納米尺度時(shí)，絕緣層變得非常薄，電子可以通過量子隧穿效應(yīng)直接穿過它，導(dǎo)致晶體管漏電。這意味著芯片無(wú)法可靠地表示“0”和“1”，計(jì)算錯(cuò)誤、功耗和發(fā)熱會(huì)急劇增加。

下次當(dāng)你感受到陽(yáng)光的溫暖或用手機(jī)拍照時(shí)，不妨想一想，那無(wú)處不在的量子“穿墻術(shù)”正在默默地創(chuàng)造奇跡。