Terowong kuantum adalah salah satu perkara paling menarik yang dikaji oleh ahli fizik …
Bayangkan bola tenis memukul dinding. Dalam situasi yang biasa kita lakukan, dia akan bangkit dari tembok ini. Namun, kerana sifat dunia kuantum yang pelik, secara teknikal ada kebarangkalian statistik bahawa bola akan berakhir di sisi lain dari penghalang atau bahkan di dinding itu sendiri.
Di sini kita tidak membincangkan fakta bahawa bola akan melalui dinding, sekurang-kurangnya, ini tidak sepenuhnya benar …
Apa yang boleh berlaku di peringkat makro?
Sekiranya terdapat kes peletapan kuantum yang aneh di tingkat makro, bola itu tiba-tiba hilang ketika mendekati dinding, dan kemudian segera muncul kembali di sisi lain, sementara dinding itu sendiri dan bola akan berada dalam keadaan ideal mereka. Sudah tentu, kemungkinan ini akan berlaku sangat kecil. Walaupun begitu, ada kemungkinan statistik untuk ini, tetapi secara teori ia boleh berlaku.
Sebabnya terletak pada sifat probabilistik dunia kuantum. Seperti yang dibuktikan oleh prinsip ketidakpastian Werner Heisenberg, kedudukan dan momentum zarah tidak dapat diketahui secara serentak. Sebagai contoh, jika anda mengetahui kedudukan elektron, anda tidak dapat mengetahui kelajuannya, dan jika anda mengetahui kelajuannya, anda tidak dapat mengetahui kedudukannya di angkasa. Oleh kerana itu, kebarangkalian digunakan untuk "meneka" di mana zarah mungkin berada pada waktu tertentu: elektron mungkin mempunyai kebarangkalian yang tinggi untuk berada di satu tempat, dan bukan di tempat lain. Kebarangkalian ini mewujudkan apa yang disebut "awan kebarangkalian."
Video promosi:
Kebarangkalian Cloud dan Quantum Tunneling
Seperti yang anda lihat dalam gambar, kemungkinan elektron berada di tengah awan lebih besar daripada di pinggiran. Walau bagaimanapun, walaupun kemungkinan sangat kecil, ada kemungkinan statistik bahawa elektron dapat dikesan di dekat tepi awan. Di sinilah keadaan mula pelik.
Awan kebarangkalian elektron.
Terowong kuantum adalah keupayaan zarah, seperti elektron, untuk melalui sekatan. Sekiranya terdapat penghalang tenaga yang lebih tinggi daripada elektron, dan elektron menghampirinya, kita biasanya menganggap bahawa elektron tidak dapat mengatasinya. Sebenarnya, dalam kebanyakan kes memang begitu. Walaupun begitu, setiap elektron berkelakuan tidak dijangka dari semasa ke semasa. Dalam kes yang jarang berlaku, elektron hanya muncul di seberang penghalang.
Bagaimana ini boleh berlaku?
Oleh kerana sifat probabilistik elektron, ketika elektron menghampiri penghalang, masih ada kemungkinan kecil di awan kebarangkalian bahawa elektron dapat dijumpai di sisi lain penghalang.
Kebarangkalian awan dan halangan.
Apabila peluang kecil ini disedari dan elektron berada di sisi lain, ini bermaksud bahawa terowong kuantum telah berlaku. Secara teknikal, elektron tidak melalui penghalang, kerana, cukup aneh, pada saat terowong kuantum, waktu untuk elektron tidak ada, ia berlaku serta-merta. Dengan cara ini, elektron dapat mengatasi sekatan tenaga yang lebih tinggi dengan serta-merta.
Terowong bintang dan kuantum
Walaupun ini mungkin terdengar seperti peristiwa yang sangat pelik dan bahkan mustahil, sebenarnya penting bagi kehidupan di Bumi seperti yang kita ketahui. Matahari dan semua bintang yang dikenali dapat bersinar melalui terowong kuantum.
Akibat peleburan nuklear, cahaya dan panas dilepaskan di bawah sinar matahari. Dua inti atom, kedua-duanya bermuatan positif, bertembung untuk membentuk unsur baru, dan dalam proses ini foton dilepaskan. Masalahnya, bagaimanapun, adalah kerana kedua-dua teras itu bermuatan positif, mereka saling tolak, sama seperti tiang magnet yang sama dalam magnet. Ini bermaksud ada penghalang tenaga yang mesti diatasi oleh inti agar dapat menyatu. Namun, seperti yang ditunjukkan oleh matematik, inti Matahari tidak mempunyai cukup tenaga untuk mengatasi halangan ini. Satu-satunya cara untuk mewujudkannya adalah melalui kes terowong kuantum.
Ironinya, terowong kuantum juga boleh membawa akibat yang berbahaya. Menurut biologi kuantum, yang melihat sistem hidup dari perspektif teori kuantum, mutasi DNA dapat terjadi dalam proses yang disebut proton tunneling.
Sekiranya DNA meniru semasa penyaluran kuantum ini, maka mutasi dapat berlaku. Terdapat kes lain mutasi terowong kuantum yang dipercayai oleh beberapa saintis menyebabkan barah. Bahkan ada anggapan bahawa kerana ini, makhluk hidup semakin tua.
Adalah aneh untuk berfikir bahawa apa yang memungkinkan Matahari bersinar dan memberi kehidupan di Bumi juga boleh menjadi alasan bahawa segala sesuatu di alam bertambah tua, merosot dan mati. Namun, tanpa terowong kuantum, kehidupan seperti yang kita ketahui tidak mungkin.
