Tunneliefekti on hämmästyttävä ilmiö, täysin mahdoton klassisen fysiikan näkökulmasta. Mutta salaperäisessä ja salaperäisessä kvanttimaailmassa aineen ja energian vuorovaikutuksella on jonkin verran erilaisia lakeja. Tunneliilmiö on prosessi, jossa alkuainehiukkanen ylittää tietyn potentiaaliesteen edellyttäen, että sen energia on pienempi kuin esteen korkeus. Tämä ilmiö on luonteeltaan yksinomaan kvantti ja se on täysin ristiriidassa klassisen mekaniikan lakien ja dogmien kanssa. Mitä ihmeellisemmässä maailmassa elämme.
Ymmärtääksesi, mikä kvanttitunneliilmiö on, on parasta käyttää esimerkkiä golfpallosta, joka laukaistaan pienellä voimalla reikään. Millä tahansa aikayksiköllä pallon kokonaisenergia on potentiaalisen painovoiman vastakohta. Jos oletetaan, että sen kineettinen energia on pienempi kuin painovoima, niin osoitettuesine ei pääse poistumaan reiästä itsestään. Mutta tämä on klassisen fysiikan lakien mukaista. Voittaakseen kuopan reunan ja jatkaakseen matkaansa, se tarvitsee ehdottomasti ylimääräisen kineettisen impulssin. Joten suuri Newton puhui.
Kvanttimaailmassa asiat ovat hieman erilaisia. Oletetaan nyt, että reiässä on kvanttihiukkanen. Tässä tapauksessa emme enää puhu todellisesta fysikaalisesta syvenemisestä maan päällä, vaan siitä, mitä fyysikot kutsuvat perinteisesti "potentiaaliseksi aukoksi". Tällä arvolla on myös fyysisen levyn analogi - energiaeste. Tässä tilanne muuttuu dramaattisesti. Jotta niin kutsuttu kvanttisiirtymä tapahtuisi ja hiukkanen olisi esteen ulkopuolella, tarvitaan toinen ehto.
Jos ulkoisen energiakentän intensiteetti on pienempi kuin hiukkasen potentiaalienergia, sillä on todellinen mahdollisuus ylittää este sen korkeudesta riippumatta. Vaikka sillä ei olisi tarpeeksi kineettistä energiaa newtonilaisen fysiikan ymmärtämisessä. Tämä on sama tunneliefekti. Se toimii seuraavasti. Kvanttimekaniikalle on tunnusomaista se, että mitä tahansa hiukkasta ei kuvata joidenkin fysikaalisten suureiden avulla, vaan a altofunktion avulla, joka liittyy hiukkasen todennäköisyyteen, että hiukkanen sijaitsee tietyssä pisteessä kussakin tietyssä aikayksikössä.
Kun hiukkanen törmää tiettyyn esteeseen, voit laskea Schrödingerin yhtälön avulla tämän esteen ylittämisen todennäköisyyden. Koska este ei ole vain energeettisestiabsorboi a altofunktion, mutta myös vaimentaa sitä eksponentiaalisesti. Toisin sanoen kvanttimaailmassa ei ole ylitsepääsemättömiä esteitä, vaan vain lisäolosuhteet, joissa hiukkanen voi olla näiden esteiden ulkopuolella. Erilaiset esteet tietysti häiritsevät hiukkasten liikkumista, mutta ne eivät suinkaan ole kiinteitä läpäisemättömiä rajoja. Suhteellisesti sanottuna tämä on eräänlainen raja kahden maailman - fyysisen ja energian - välillä.
Tunneliilmiöllä on analoginsa ydinfysiikassa – atomin autoionisaatio voimakkaassa sähkökentässä. Kiinteän olomuodon fysiikassa on myös runsaasti esimerkkejä tunneloinnin ilmentymisestä. Näitä ovat kenttäemissio, valenssielektronien migraatio sekä vaikutukset, jotka syntyvät kahden ohuella dielektrisellä kalvolla erotetun suprajohteen kosketuksessa. Tunnelointi on poikkeuksellinen rooli lukuisten kemiallisten prosessien toteuttamisessa matalissa ja kryogeenisissä lämpötiloissa.