量子隧穿效应的经典解释

我们知道，一个动能小于势能的势场中物体是无法逃逸势场的束缚的，比如一个火箭，若其动能不能超过地球对它的束缚，是无法逃离地球的引力而逃逸到太空中的。这是经典力学理论和实践早已证明的现象，但在量子力学的体系中却遇到了巨大的挑战。量子力学认为一个量子的能量(动能)小于势井势能的时候，也会有少量(部分)粒子逃逸势井的束缚，而逃逸到势井之外，这被认为是量子(小尺度粒子)的特有现象，是经典物理与量子力学的本质不同。

还是那句话:"上帝是不会掷骰子���的。″万物皆为因果，一切力学(时空)现象，必是力场作用的结果。而量子力学对量子隧穿效应的解释是不符合经典的因果率的。他们认为，粒子的空间分布是波函数的统计概率决定的，即是由波函数的平方|Ψ|2来决定的。理论上量子可能存在于时空中的任何位置，不过不同位置的粒子存在概率|Ψ|2是不同的。根据测算，量子在势井外的概率|Ψ|2是不等于零的，因此，量子是有可能穿越势垒的，只不过概率不高而矣。

我并不反对量子力学的概率解释，可是它缺乏经典力学的因果解释，无法对量子的隧穿效应给出一个力场的作用机制，而是机械地解释为量子特有的不同于经典粒子的力学特性。这就让人无法心悦诚服了。下面，我就用经典理论，对量子的隧穿效应试作一个经典解释。

设势垒的高度(势能)为v，粒子的动能为E，有v>E。在经典环境下，粒子是无法穿越势垒的。就象前所述，火箭的最大动能为E，地球的势垒高度为v，火箭无法逃逸地球束缚的。但在量子环境下，存在一个量子作用力场(振动场k)，设其振动劲度系数为k，波幅为A。那么，粒子的总能量w有。

W＝E+kA2/2

其中kA2/2为粒在量子场作用下的振动能。振动能是守恒量，在振动平衡位置全为动能，在振动顶点为努能。另外，量子振动是个很复杂的振动，可能由许多不同的波叠加而成，其振幅A在不同时空点(振动波的不同位置)的大小也不相同。当量子波在拐点位置时，振动动能为零，粒子总动能为E<ⅴ，不可能发生量子隧穿。当振动能不在拐点位置时，粒子的总动能为E加上部分或全部振动能kA2/2，就有可能使粒的总动能E动大于势垒高度，而穿越势垒而发生量子约隧穿效应。

E动=E+kA2/2>ⅴ

粒子在穿越势垒时，大部分时机其振动能表现为势能，或部分表现为势能。势能是粒子的内蓄能量，并不能帮助粒子穿越势垒。就像加注燃料而没有点火的火箭一样，不管其燃料内蓄能量(化学势能)有多大，都不能助推火箭离开地球。只有动能才能助粒子穿越势垒的高度而发生隧穿效应。而要发生隧穿效应，心要条件就是粒子的经典动能E，加上量子振动动能大于势垒的高度。而只有部分粒子在穿越势垒时，正赶上振动能更多地表现为动能，才能助粒子穿越势垒。所以，量子的隧穿效应是有概率的，才有了量子力学的概率解释。所谓隧穿，并不是在势垒上打了个隧道而使部分粒子穿隧而过。而是部分粒子，在量子场的加持下，拥有更大的能量而翻越了势垒。就像许多人翻越高上，以每个人自身的能力，没有人能越过高山。但若有了外力的加持，并且部分人把这种加持转化为翻山的动力，那么，这部分人就能够翻越高山。他们就是那部分"隧穿″的量子。

当然，粒子的振动动能有可能加持粒子的经典动能，也有可能削弱粒子的经典动能。也就是说，粒子的总动能为(当振动能全部为动能时)

E动=E±kA2/2

也就是说，粒子的总动能也可能小于经典动能。所以，在势井v中，虽然有E>v，也是还会有部分粒子无法逃逸出势井的。

E>v﹥E-kA2/2

由于在量子场中，其劲度系数k是个很小的值，所以，粒子的量子特征，只有在微观条件下才具有观测意义。在经典的宏观世界，粒子的行为受量子场的作用相对很小，不具有观测意义。所以，粒子的隧穿效应，只有在量子条件下才具有观测意义。

再重复几句老生常谈的话题，自在世界永恒自在；此在世界万变守恒。力场作用是引起一切时空(包括质荷)变化的基本动因。一切都是与力场统一的，不存在与力场无关的此在世界。量子力学，应当存在一个力学的作用机制。一句话，一切都是有原因的。因果律永恒存在，上帝是不会掷骰子���的。