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麦克斯韦先生:隧道效应您怎么想?

已有 6893 次阅读 2013-2-27 17:56 |个人分类:杂谈|系统分类:观点评述|关键词:学者| 超导体, 麦克斯韦, 电流, 约瑟夫

    当两块金属被一层厚度为几十至几百埃的绝缘介质隔开时,电子等都可穿越势垒而运动。加电压后,可形成隧道电流,这种现象称为隧道效应
1)若把上述装置中的两块金属换成超导体后,当其介质层厚度减少到30埃左右时,由超导电子对的长程相干效应也会产生隧道效应,称为约瑟夫逊效应;
2)对于高掺杂PN会出现负电阻现象,结电流I随电压V下降的结果
 
   以上是网上可以查到的关于“隧道效应”有关实验的基本描述。主流物理学派认为“隧道效应”是经典理论无法解释的、只能通过量子力学才能解释的现象。道理很简单,在上述两种情况下电子的能量低于能隙,按照经典的观点电子是不能跨越的,而按照量子力学的波函数,电子按一定的概率是具有跨越能隙的本领的,并且实验已经观察到了与其计算相符合的结果。
 
    前两天,清华大学文克玲教授用这个非常著名的量子力学才能解释的“隧道效应”,对我提出的关于“量子力学违背能量守恒”质疑进行强有力的反驳。下面是他的表述:

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量子力学有许多经典力学中没有的新概念。例如:“动能T≥0”常常不成立。对能量本征态,在V(r)大于E0的任何位置,T<0 此时粒子的动量是虚数。

一个最简单的例子就是穿透位垒。经典粒子碰到位垒,自然会全部反弹回去。可是微观粒子会有一定的几率从位垒下面钻过去。这个几率的大小量子力学可以准确地计算出来,并且与实际情况完全符合。

量子力学和至今为止的所有科学理论一样,都与能量动量守恒定律一致。

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我是不同意他的反驳观点的,并评论到:
1、SFN上的物理学家遵守职业道德,不会信口开河、不负责任地回答问题。因此对问题,正在进行科学的思考;
2、原子总能量E和势能V,经典和量子论没有区别,E-V=T就没有区别,T不能为负值这是常识问题;
3、量子“隧道”效应实验,我要提醒你注意效应发生条件,其结果是不能用于单原子的,道理你自己去考虑。
 
这样就为自己提出了一道用经典理论解释上述实验现象的难题。
 
    说实话,我是学习原子分子物理专业的,对于固体物理和超导理论没有多少研究,这本来应该是曹天德博士和秀清兄的专业领域。既然已经表明观点,而且我在SFN和本网上也说过,目前所谓的“量子化现象”,可以用外场参与下的物质结构共振来理解,因此我现在不得不硬着头皮,即使不行也得上啊。
    固体物理理论,特别是半导体、超导是二十世纪发展起来的新理论,基本上是量子力学的天下,经典理论几乎没有发言权。看来我只能白手起家,从头开始了,心里感到真够惨的了
    经典理论的解释总得有个出发点,得请外援是不是,想来想去,只有麦克斯韦先生比较合适。于是做着梦到麦克斯韦那里去咨询了,老麦听了我们的争执后,说道:
 
“我的方程只能告诉你电磁场与源的关系,没有预测半导体和超导体的功能”这样的回答的确令我失望,但麦老接着又补充了一句,让我感到了希望
“如果作为热力学体系,我的能量分布波函数可以试试,因为它可以解释一些看似不可能的事情。”
“比如”我急切地追问,老麦继续说道:
“你知道固体中的原子扩散现象不?”,我回答说:
“知道一点,就是热运动导致原子的迁移是不?”
“嗯,看来你可以跟着我的思路理解问题,那我们继续讨论一个例子吧”老麦接着说道:
“你知道,为什么一块金属铅与一块金属铜的光滑表面接触一段时间,在铜表面及一定深度可以测量到铅元素分布,这件事不?”
“不可能吧!”我惊呀道“铅金属表面原子受到结构约束,需要一定的能量才能脱离表面,才可能到达铜表面,这个能量从那里来,按照我们这个时代的说法就是,铅原子要跨越很大的能量间隙,是不可能实现的,这种事情只有现在的量子论才能解释哈,别逗了”
“这个现象在我们那个年代早就发现并作出了解释,难道教科书上没有讲?”老麦继续讲道:
“你只知道我的方程,难道不知道还有一个以我的名字命名的麦克斯韦能量分布吗?难道你不知道按照这个分布,热力学体系中的原子或分子所具有的热运动能量是不均匀的吗?从0到无穷大这个区域按一定分布概率都可以存在的吗?”老麦愤怒了:
“如果这个现象不是早就被发现和解释,现在可能成了你量子的亲生儿子了,是不是?”老麦震怒了
“现在你们吃的、用的、玩的......,都依赖我们这些已经‘经典’的人的思想,口头上却说我们已经过气了,不中用了....。”
老麦越来越激动,我吓得扭头就跑,边跑边说:
“我会好好重新学习,重新理解,不会让您老人家失望!”
 
各位看官,至此我想您应该知道,我会重新学习和理解什么了吧!
 
   按照经典理论,能量分布是绝对不能也不该被忽略的,因为它可以帮助您理解看似不可能的现象。
 
(欲知后事,下回接着梦)
 
注:以上与老麦的对话出于表达方式的需要,如有不妥不必介意!
 


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