能量勢壘越厚，量子隧穿時越快，甚至能超越光速

早在我們開始完善基本量子理論的時候，物理學家就意識到你在量子力學上出了問題，

例如，“量子隧道”顯示了電子等粒子與宏觀物體的不同，正如兩位物理學家在1928年的《自然》雜志中所描述的，——是最早介紹隧道的文獻之一。量子隧穿是量子物理中得到充分驗證的現象：一個粒子在能量不足的情況下可以穿越一個勢壘。

教科書中最常用的類比例子是山腳下的球：在經典物理中，你需要給球足夠的動能，讓它滾到山頂，然后沿著斜坡滾到山的另一邊，但在量子物理中，由于物體的位置和動量受到“不確定性”的約束，而“不確定性”是量子力學中的核心概念，所以球可以以較小的能量通過山，到達山的另一邊。

物理學家很快意識到，量子隧穿可以解開很多謎團。它解釋了各種化學鍵和放射性衰變，也解釋了太陽中的氫原子核是如何克服斥力而合并產生太陽光的。

然后，物理學家又開始懷疑——一開始是輕度的，后來是病態的。他們想知道粒子穿過障礙物需要多長時間，

問題是，答案毫無意義，

隧道時間的第一次初步計算出現在1932年的出版物中。有很多科學家私下交流討論，但是‘當你得到一個無法理解的答案，你就不會發表’，

直到1962年，德州儀器公司的半導體工程師托馬斯哈特曼(Thomas Hartman)寫了一篇論文，清楚地展示了數學微積分背后令人震驚的物理意義。

哈特曼發現障礙帶來了捷徑。當粒子進入隧道時，行進時間比沒有障礙物時要短，更令人驚訝的是，如果有足夠厚的屏障，粒子可以從一邊跳到另一邊，在一個空的等距空間中比光移動得更快，

“哈特曼效應之后，人們開始擔心了，”多倫多物理學家埃普雷姆斯坦伯格說，因為這個結論直接違反了當時的狹義相對論。

但基于當時的科技水平，科學家無法通過實驗驗證這一點，然而，隨著實驗室精確測量隧道時間的精湛技術的誕生，隧道時間的問題又回來了。

問題是很難定義粒子通過隧道的時間。對于宏觀物體，只需要在開始和結束時按兩次秒表，就可以記錄從A點到b點所需的時間，但是在量子理論中，距離和速度的精確值是被禁止的。

在量子理論中，粒子以概率波的形式占據一系列可能的位置和速度，量子力學方程描述了波包撞擊障礙物后如何分裂成兩個。但是有一個小概率峰值可以越過障礙繼續去B，

之前有科學家想出了一個辦法：基本思路是在障礙物的另一邊放一塊“板”。粒子隧道通過時，打在板子上發出Duang聲，可以作為隧道結束的標志(當然，其實板子是不會用的，也不會有什么影響，事實上，某個粒子的旋轉方向被擊中)

在2019年的實驗報告中，一個團隊改進了上述方法，得出隧道效應幾乎是瞬間發生的結論，——就像游戲里的一閃而過，

然而，上述方法并沒有從本質上解決問題。當一個粒子到達B時，它的行程是怎樣的，或者說它在障礙中度過的時間是怎樣的？在它突然出現之前，粒子是兩部分概率波——。既有反射波，也有透射波，它進入了屏障，沒有進入屏障。“隧道時間”的含義不清楚。

我們可以問粒子的位置，但不能問粒子的時間，位置是粒子可以擁有的屬性，而時間不是，時間必須和外界的東西聯系起來才有意義。

自20世紀60年代末以來，人們設想了各種意識形態實驗，在粒子本身上附加了一個“時鐘”，如果每個粒子的便攜計時器只在有障礙物時計數，讀數會顯示一系列不同的時間，但平均值可以理解為隧道時間。

當然，這一切說起來容易做起來難。他們只是想出了一個如何衡量這一次的瘋狂想法，并認為這永遠不會實現。幸運的是，“現在科學取得了進步”。

現在，我們可以通過電子的自旋狀態來估計它的運行時間，

在2010年7月《自然》日報道的最被認可的測量實驗中，多倫多的斯坦伯格團隊使用所謂的拉莫爾鐘方法測量銣原子通過排斥激光場所需的隧道時間。銣原子在勢壘中的平均時間為0.61毫秒，與80年代的理論預測一致，

澳大利亞格里菲斯大學部的物理學家伊戈爾利特維紐克說：“拉莫爾鐘是測量隧道時間最好、最直觀的方法，”

明尼蘇達州康科迪亞學院的理論物理學家路易斯曼佐尼也認為拉莫爾鐘方法的結果令人信服。他們真的測量了隧道時間，’

渡越時間為0.61毫秒，雖然不是瞬時的，但比銣原子無障礙通過相同距離的時間要短，障礙物越厚，耗時越少，最終超過光速，

雖然根據現代版狹義相對論，我們可以允許事物在外觀上超過光速，只要它不攜帶資訊——，否則會破壞基本的因果關系，但還是很奇怪的。而我們無法理解為什么隧道效應不能用來攜帶資訊。根據相對論，既然能超越光速，就不應該能攜帶資訊，而應該有具體的物理機制來保證相對論原理的建立

從這個角度看，量子隧穿比另一個更著名的超光速——量子糾纏更離奇。

https://www . quantamagazine . org/quantum-tunnel-shows-particles-can-break-the-speed-of-光速-20201020/