¿Qué es una buena analogía para el túnel cuántico?

Aquí hay una analogía:

Supongamos que tienes una bola de boliche. Lo dejas rodar y en algún momento hay un golpe de velocidad.

Ahora CLÁSICAMENTE si la pelota tiene suficiente energía, rodará sobre la protuberancia, que es básicamente una “barrera de energía potencial” (la energía potencial aquí es la gravedad). Si no, retrocederá.

Sin embargo, una bola de boliche cuántica, incluso si tiene menos energía que la barrera, podría , con cierta probabilidad, rodar sobre ella.

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Sin embargo, tenga en cuenta que el “túnel” en sí mismo es una analogía muy mala. No hay un “túnel” involucrado, solo una probabilidad de encontrar una partícula en alguna parte. Como se ve aquí:

Aquí la función (¡parece una onda sinusoidal!) Es la función de onda (WF). El cuadrado de esta función representará la probabilidad de encontrar la partícula en un punto determinado.

Ahora, como puede ver, la amplitud del WF, de ahí la probabilidad, es grande a la izquierda, antes de la barrera (la partícula viaja de izquierda a derecha). Tiene MENOS energía que la barrera potencial (aquí una barrera de función cuadrada). Aún así, NO está completamente reflejado.

Existe la posibilidad (que está decayendo exponencialmente, en azul) de encontrar la partícula en la región donde está la barrera (básicamente en la colina) y también la posibilidad de encontrarla después de la barrera (sobre la colina). Esta es la onda transmitida.

Por supuesto, la probabilidad de transmisión disminuye a medida que la barrera aumenta y / o aumenta.

“Abre tus ojos. Me ves dentro de una habitación, cerrada, de la cual no tengo llave ni ventanas (imagina que me observas a través de cámaras, por ejemplo). Cierra tus ojos. Abre tus ojos otra vez. Me ves fuera de la habitación “.

Este es el hecho que usted (puede) observar. Como lo hice ¿Dónde estaba en el breve momento en que parpadeaste? ¿Dentro o fuera o tal vez en ambos simultáneamente o tal vez en ninguna parte? Aquí es donde las analogías ya no sirven, este tipo de preguntas no son aplicables a los fenómenos cuánticos. Efectivamente, entendemos perfectamente la explicación matemática de por qué los hechos son así, y podemos predecir la probabilidad de que esto sea lo que verá en cualquier tipo de situación. Por ejemplo, cuanto más corto sea el tiempo que mantienes los ojos cerrados entre tus observaciones, es menos probable que cuando las abras de nuevo me veas “escapar de la habitación”. Pero si desea “explicaciones” no matemáticas, clásicas, dependen de las diferentes interpretaciones de la mecánica cuántica, hay diferentes formas de describir lo que hay detrás de las matemáticas y los hechos, y tomaría demasiado tiempo revisar todas ellos aquí.

Los interruptores eléctricos son un ejemplo perfecto para la tunelización cuántica. El disyuntor está hecho de cobre, pero la superficie interactúa con el medio ambiente y se convierte en óxido de cobre. Cuando enciende el circuito, básicamente dos aislantes, los óxidos de cobre se adhieren entre sí. ¿Alguna vez se preguntó cómo funciona su interruptor? Es exactamente el túnel cuántico que ocurre en el interruptor. Puede modelar este sistema como un potencial bien descrito en mecánica cuántica de pregrado.

No hay Es por eso que la mecánica cuántica es extraña. No es “como” nada en el resto de nuestra experiencia. Las analogías en QM son una trampa: te llevan en direcciones equivocadas.

Una analogía sería lanzar una pelota de béisbol contra la pared y verla pasar a través de la pared sin ser molestada, sin dañarla.