Kvanttitunneloituminen ja energian säilyvyys

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Miten kvanttitunneloituminen ei riko energiansäilyvyyslakia? Hiukkanen tai mikä lie tarvitsee vähemmän energiaa esteen läpäisemiseksi, kuin oikeasti tarvitsisi. Miten tämä on edes todettu oikeaksi ilmiöksi? Esim. elektronin nopeutta ei käsittääkseni pystytä tarkasti mittaamaan, joten tuo ilmiö voi johtua yksinkertaisesti mittavirheestä.

Kommentit (7)

Vierailija

Herra Schrödinger antaa hiukkasten lainata vähän energiaa, kunhan se palauttaa sen takaisin tarpeeksi nopeasti

Vierailija
kvanttilainen
Miten kvanttitunneloituminen ei riko energiansäilyvyyslakia? Hiukkanen tai mikä lie tarvitsee vähemmän energiaa esteen läpäisemiseksi, kuin oikeasti tarvitsisi. Miten tämä on edes todettu oikeaksi ilmiöksi? Esim. elektronin nopeutta ei käsittääkseni pystytä tarkasti mittaamaan, joten tuo ilmiö voi johtua yksinkertaisesti mittavirheestä.

Itse en sotkisi energia-aika-epätarkkuusperiaatetta tähän lainkaan, koska se on kenties yksi väärinkäytetyimpiä ja -ymmärretyimpiä kaavoja kvanttimekaniikassa.

Kvanttimekaniikassa on aina muistettava, että elektronia kuvataan (paikkaesityksessä) aaltofunktiona ja mitattavia suureita vastaavat aaltofunktioon operoivat operaattorit: derivaatat, skalaareilla kertomiset, jne. Kysymykseesi on varsin vaikea vastata klassisilla analogioilla, mutta perusidea on, että tunneloitumistila on energian ominaistila ja systeemin energiamittaus palauttaa aina saman arvon. (Lisäksi systeemin energiaoperaattori ei kommutoi liikemääräoperaattorin kanssa, joten et voi mitata liikemäärää (tai nopeutta) tuhoamatta kvanttitilaa.)

Kvanttimekaniikassa energian säilymislaki koskee lisäksi vain energian keskiarvoa. Kvanttitila voisi olla esim. sellainen, että todennäköisyydellä 1/2 energiamittaus palauttaa arvon 1 ja todennäköisyydellä 1/2 arvon 2. Energiamittauksen arvo siis muuttuu mittauksesta toiseen, mutta energiansäilymislaki vaatiikin vain, että energian odotusarvo 1/2 säilyy ajanhetkestä toiseen. Tämä nyt ei varsinaisesti liity asiaan, koska tunneloitumistila voi olla hyvin määritelty energian ominaistila, jolloin energia on vakio ja sillä hyvä.

Vierailija
kvanttilainen
Miten kvanttitunneloituminen ei riko energiansäilyvyyslakia? Hiukkanen tai mikä lie tarvitsee vähemmän energiaa esteen läpäisemiseksi, kuin oikeasti tarvitsisi. Miten tämä on edes todettu oikeaksi ilmiöksi? Esim. elektronin nopeutta ei käsittääkseni pystytä tarkasti mittaamaan, joten tuo ilmiö voi johtua yksinkertaisesti mittavirheestä.



Kun kvantti ponnahtaa jostakin barrieristä pois, on tämä OIKEASTI saanut jostain siihen tarvittavan energian! Kenties muut "tynnyrissä" olevat hiukkaset ovat menettäneet liike-energiaansa tasan yhtä paljon, kuin poispääsy kvanttitunnelista vaatii!

Voi kuvitella, että kvantit ovat törmäilleet satunnaisesti, ja aivan SATTUMALTA, joku kvanteista on saanut tunneloitumiseen vaadittavan energian!

Lentotaidoton
Seuraa 
Viestejä5178
Liittynyt26.3.2005
msdos464
Herra Schrödinger antaa hiukkasten lainata vähän energiaa, kunhan se palauttaa sen takaisin tarpeeksi nopeasti



Niin se lainaaja oli kyllä Mister Heisenberg.

Vierailija
Lentotaidoton
msdos464
Herra Schrödinger antaa hiukkasten lainata vähän energiaa, kunhan se palauttaa sen takaisin tarpeeksi nopeasti



Niin se lainaaja oli kyllä Mister Heisenberg.



Argh, ihan totta. Hän tuli kuitenkin kvanttimekaniikasta ensiksi mieleen.

Vierailija

Jaahas vaikuttaakin melko vaikealta asialta. Pitänee lukea joku kirja aiheesta ja viisastua vähän...

Eli siis systeemin energia on kuitenkin aina vakio, eikä tyhjästä ilmesty hetkeksi ylimääräistä energiaa? Eikös todennäköisyys tarkoita melko samaa kuin epätarkkuus? Esim jos mittarini tarkkuus on 1cm niin voin vaikka ilmoittaa sentin alueella liikkuvan pistemäisen kappaleen paikan 1:10 todennäköisyydellä. Esim 1:10 todennäköisyys, että piste on missä tahansa 0-1cm välillä millin tarkkuudella ja tietysti 1:1, että piste on 1cm sisällä. Nopeasti mietittynä on kaksi vaihtoehtoa: Joko elektroni saa hetkellisesti lisää energiaa muiden elektronien ollessa hetkellisesti vähempienergisiä TAI este menettää hetkellisesti energiaansa johonkin(vaikka läpi tunkevalle elektronille).

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26835
Liittynyt16.3.2005

Kyllä tunneloituminen, tai yleisemmin aaltofunktion leviäminen alueille, joille se ei klassisesti voisi olla, on aivan arkipäivän ilmiö esimerkiksi elektroniikka- ja tietoliikennetekniikan komponenteissa. Siitä on sovelluksesta riippuen joko haittaa tai hyötyä. Ei tuossa mitään säilymislakeja kuitenkaan rikota, koska hiukkaset eivät saa mistään energiaa. Tuollaisia systeemejä ei vain saa ajatella klassisesti, ne ovat räikeästi niiden edellytysten vastaisia, joiden vallitessa klassisen mekaniikan ja sähkömagnetismi kuvaa hyvin todellisuutta.

Uusimmat

Suosituimmat