Едва ли сте опитвали вкъщи да преминете през стена, но ако сте го направили, вероятно сте се убедили, че това няма как да стане. Въпреки това, съществуват субатомни частици, които показват сходни характеристики и процеси като при квантово тунелиране. Екип от учени-физици, твърдят, че вероятно е възможно да се наблюдава подобно квантово тунелиране, но с по-големи обекти, създанени от човека. Разбира се, тази теория в очите на други изглежда, че ще се сблъска с огромни предизвикателства.

Тунелен преход или Тунелен ефект е квантово-механичният ефект на преминаване през класически забранено енергийно състояние (енергетична бариера). Процесът е подобен на преминаване през тунел, поради което и се нарича тунелиране. Няма аналог в класическата механика.

В случай, че експериментът с по-големи обекти се окаже успешен, това ще доведе до зашеметяващо откритие в така популярната днес квантова механика и прилежащите й квантови системи. През 2010г. група физици поставиха началото на експеримента, като успели да доведат микроскопичен обект в състояние, което може да се обясни само чрез квантовата механика. Забележителното правило в Квантовата механика е, че малък обект може да абсорбира енергия, но само в ограничени количества или т.нар. кванти, и може буквално да бъде на две места едновременно.

Тези смайващи принципи са били напълно доказани в проведени експерименти с електрони, фотони, атоми и молекули. По ирония на съдбата, обаче, физиците никога не са наблюдавани такива странни квантово-механични ефекти в движението на човешки механично устройство. Сега, Andrew Cleland, John Martinis и други колеги от Университета в Калифорния, Санта Барбара, са стартирали проект с човешко устройство, с дължина няколко десетки микрометра и по-малко от един нанометър широчина, която успешно се е задвижила, подчинявайки се на основно правило в квантовата механика. Ако обаче експериментът с тунелирането успее, това ще е много по- грандиозно откритие.

Как работи тунелирането? Представете си например, че един електрон прилича на камъче и е поставено в една от две вдлъбнатини, разделени помежду си от възвишение, което от своя страна пресъздава ефектите, като при електрично поле. За да пресече полето от едната вдлъбнатина в другата, камъчето трябва да се търколи с достатъчно енергия. Ако енергията е много малка, тогава класическата физика твърди, че камъчето няма да помръдне изобщо. Да, но микроскопичните частици, като електроните, въпреки и малката енергия успяват да преминат възвишението. Квантовата механика обяснява тези частици като удължени вълни и се оказва, че има вероятност поне една от тях да премине през "тунела" на възвишението и да се материализира в другата вдлъбнатина. Но дори и да успее, електронът няма да може да "пропътува" твърде голямо разстояние между вдлъбнатините.

Подобна теория звучи неправдоподобно, но учени и инженери нагледно са демонстрирали т.нар. квантово тунелиране с полупроводници, чрез които електроните са преминали успешно през непроводими материални слоеве. Всъщност, някои видове магнитни твърди дискове разчитат именно на тунелиране, за да четат данни. Все пак, никой още не е доказал, че видими с просто око обекти могат да преминат през някаква преграда.

Mika Sillanpaa и група нейни колеги от Университет Аалто във Финландия, твърдят, че вероятно е възможно да се пресъздаде този процес, с помоща на миниатюрно приспособление, което ще наподобява трамплин, направен от графен, изключително здрав и гъвкав пласт въглерод, с дебелина един атом. Те ще окачат въпросната мембрана, която ще е малка, но за сметка на това много по-голяма от самите атоми и молекули, над метална повърхност. Когато водещите въпросния експеримент пуснат електрическо напрежение, мембраната ще има две основни позиции: при едната ще се издува леко в средата, а при другата ще се прегъне достатъчно, че да направи контакт с металната повърхност отдолу. В този експеримент, електричните и маханични сили на мембраната ще създадат енергийна бариера между тези две позиции. Ако учените успеят да намалят енергията на мембраната като я охладят до температура по-малка от 1000 градуса над нулата, тогава единствения начин да премине нещо през нея ще е квантовото тунелиране. Едва след като успеят обаче, учените ще имат възможността да изучат промяна в конфигурацията на мембраната, като се опитат да проследят евентуална промяна в капацитета на системата, мярка, за това колко добре може да съхрани електричен заряд. Sillanpaa казва: "За да намерим начин как да достигнем тази ниска температура, ще е необходимо да минат поне няколко години, но екипа продължава да работи върху този проект."

Квантовото тунелиране е нещо като Светия Граал, който учените се опитват да намерят и въпросния експеримент, няма да е никак лесен. Така че, защо да не използвате квантовото тунелиране, за да преминете през стена? За съжаление, квантово-механични изчисления показват, че за нещо толкова голям като човек, вероятността е толкова малка, че можете да изчакате до края на Вселената и най-вероятно все още няма да се окажете от другата страна.

• Предишна
• Следваща