既然原子内部几乎都是空的,为什么我们不能穿墙而过呢?

这团云让原子的外围带负电。马里兰大学的物理学家史蒂文·罗尔斯顿表示:"如果我试图穿墙而过,我身体里的原子会'看见'墙里面的原子,它们会相互排斥。"这就是电磁排斥 —— 就像当你试图将两块磁铁相同的磁极推到一起时那样。当你试图穿墙而过时,电子通过电磁波相互作用。这些电磁波产生的力可以防止原子重叠,因此固体物质能保持其形态,并让人感觉坚固。

但如果原子被推得更近呢?这时候泡利不相容原理就开始起作用了。泡利不相容原理指出,某些被称为费米子的粒子不能共享相同的能量状态,也不能在同一时间处于同一位置。电子是费米子,所以在这种情况下,这两个术语可以互换。

哈什马尼解释道:"当这些电子云开始彼此靠近时,它们会重叠,这意味着两个电子可能共享同一个物理空间。根据泡利不相容原理,这是不允许的。"

泡利不相容原理和电磁排斥这两个概念都阻止原子占据同一空间。如果没有它们,我们所知道的固体物质就无法保持其形状。在液体和气体中,原子有更多的移动自由,但同样的规则仍然适用。它们只是阻止原子重叠,而不是阻止原子移动。

然而,即使物体几乎不可能相互穿过,量子力学也总是给出一个有趣的答案:严格来说,穿墙是有微小可能性的。

像电子这样的粒子行为方式并不像微小的固体球。相反,它们的行为也像波,而这些波有时可以延伸到物理屏障之外。

假设一个代表粒子的波撞上了一堵墙 —— 一个它没有足够能量越过的屏障。哈什马尼说,在经典力学中,它会被弹回来。但在量子力学中,这个波不会突然停止。相反,当它进入屏障时,它开始呈指数级衰减。如果墙足够薄,这个波可能仍然在墙的另一边有微小的存在。因为这个波代表了粒子可能出现在何处,所以粒子出现在墙的另一边的可能性很小。这就是所谓的量子隧穿。

尽管如此,哈什马尼说,整个人穿过墙的概率"大约是10的10次方的30次方之一。如果你把这个数字放进计算器,它会显示为零。地球上没有计算器会显示非零的数字。这个概率就是这么小。"

罗尔斯顿对此表示赞同。他说:"这个数字无限接近于零,但不是零。这个概率太小了,我敢说直到宇宙毁灭,穿墙这件事也不会发生。"

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