1500萬度還是太低！沒有量子隧穿太陽就要熄滅了？諾貝爾獎背后的奧秘

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2025-10-13 09:32:12 網(wǎng)易新聞

1500萬度還是太低！沒有量子隧穿太陽就要熄滅了？諾貝爾獎背后的奧秘！2025年的諾貝爾物理學(xué)獎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，仿佛是專屬于實驗室的深奧術(shù)語。然而，量子隧穿與三次諾貝爾物理學(xué)獎（2025年、1986年和1973年）直接相關(guān)，它不僅是太陽能量的來源，也是地球萬物生長的前提。沒有量子隧穿，太陽將無法發(fā)光發(fā)熱，宇宙將一片死寂。

太陽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。盡管這個過程看似簡單，但其中隱藏著一個曾讓物理學(xué)家困惑的難題：太陽核心溫度約為1500萬攝氏度，這在經(jīng)典理論看來太低了，不足以支持核聚變反應(yīng)。事實上，核聚變需要極高的密度、極高的溫度和足夠的約束時間。太陽核心的密度高達150×10^3 kg/m3，遠高于地球上任何物質(zhì)的密度。此外，原子核之間的庫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，英國天文學(xué)家亞瑟·愛丁頓首次提出太陽的能量可能來源于氫原子核聚變成氦原子核的過程，但當時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能才能越過勢壘，而在量子力學(xué)中，無論粒子能量如何，總有一定概率出現(xiàn)在勢壘另一側(cè)。因此，即使太陽核心溫度較低，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，智能手機和電腦中的閃存芯片依靠量子隧穿效應(yīng)存儲數(shù)據(jù)。寫入信息時，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“0”或“1”。量子隧穿還限制了芯片尺寸的下限。當制程工藝縮小到納米尺度時，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。這意味著芯片無法可靠地表示“0”和“1”，計算錯誤、功耗和發(fā)熱會急劇增加。

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

(責(zé)任編輯：0882)

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