Σε αυτό το σεμινάριο μαθαίνουμε για μια από τις πιο θεαματικές συνέπειες της Κβαντικής Μηχανικής: Το φαινόμενο Σήραγγας. Με εφαρομγές από μικροσκοπία αγώγιμων επιφανειών έως φαινόμενα όπως η σύντηξη στο εσωτερικό του Ήλιου, το "αντίθετο" με την εμπειρία μας αυτό φαινόμενο αυτό επηρεάζει τη ζωή μας σε καθημερινή βάση .

1. Σεμινάρια Σύγχρονης Φυσικής
«ΒΙΒΛΙΟΠΩΛΕΙΟ ΑΙΓΗΙΣ»
Ε.Χανιωτάκης,
Φυσικός

3. ΠΕΙΡΑΜΑ ΔΙΠΛΗΣ ΣΧΙΣΜΗΣ ΓΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ:
Επιβεβαίωση της διττής φύσης τους.

5. Ας ενώσουμε τις τελείες
Τα ηλεκτρόνια δεν ακολουθούν κάποια τροχιά κατα την κίνησή τους!!!

7. Το πείραμα των δύο οπών ερμηνεύεται απλά αν υποθέσουμε οτι η
κατάσταση του ηλεκτρονίου περιγράφεται από μια αθροιστική κυματική
ποσότητα ψ, τέτοια ώστε το |ψ(r)|²ΔV να δίνει την πιθανότητα να
βρούμε το ηλεκτρόνιο σε μια περιοχή όγκου ΔV γύρω από τη θέση r.
Εννοιολογικό πρόβλημα 1:
Το ψ είναι μια αφηρημένη κυματική ποσότητα χωρίς φυσικό
περιεχόμενο.
Εννοιολογικό πρόβλημα 2:
Οι φυσικές πληροφορίες που αντλούμε από την |ψ(r)|²ΔV έχουν
πιθανοκρατικό χαρακτήρα.
Όμως δουλεύει!!!

9. Η εξίσωση Schrodinger
Αντιστοιχεί στην εύρεση της τροχιάς ενός σώματος στην Κλασσική Φυσική
αν ξέρω την αρχική του θέση, την αρχική του ταχύτητα και τις δυνάμεις
που ενεργούν πάνω του.

10. Αν η κατάσταση ενός σωματιδίου μπορεί να περιγραφεί
από τις κυματοσυναρτήσεις
ψ1 και ψ2, τότε και η ψ = αψ1 +βψ2
μπορεί να περιγράψει το σωματίδιο.
Η κβαντομηχανική λέει οτι το σύστημά μου θα βρίσκεται
ταυτόχρονα και στις δύο καταστάσεις. Όταν πάρω μέτρηση
θα παρατηρήσω την κατάσταση ψ1 με πιθανότητα |α|² ή
την κατάσταση ψ2 με πιθανότητα |β|².
Αυτή ονομάζεται κατάσταση επαλληλίας / υπέρθεσης.
https://www.youtube.com/watch?v=02eZMf17wFs

11. Ένα «κβαντικό» μήλο κινείται σε μια σκάλα με τρία σκαλοπάτια. Με βάση την
κβαντική μηχανική, το μήλο βρίσκεται ταυτόχρονα και στις 3 καταστάσεις (πάνω
σκαλί, μεσαίο σκαλί, κάτω σκαλί). Αν μετρήσω τη θέση του, μπορεί να το βρώ σε
καθένα από τα τρία με μία πιθανότητα.
ΔΕΝ ΜΠΟΡΩ ΝΑ ΠΡΟΒΛΕΨΩ Α-PRIORI ΤΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΤΗΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΜΟΥ
Μπορώ να εκτιμήσω την πιθανότητα που έχει το κάθε αποτέλεσμα να εμφανιστεί.

12. Με το πείραμα αυτό «μεγεθύνουμε» την πιθανότητα ή μη να εκπεμφθεί η ακτινοβολία
σε μακροσκοπικό επίπεδο: αντιστοιχεί στην πιθανότητα να ζήσει ή όχι η γάτα!

13. Εφαρμογές της Κβαντομηχανικής:
Το φαινόμενο Σήραγγας

14. Α
Β
Γ
Μπορεί η μπάλα να βρεθεί στην περιοχή Γ;

15. Για να περάσουμε από την άλλη πλευρά του τοίχου, πρέπει να εκτελέσουμε
άλμα με ύψος τουλάχιστον h’ = h – ho.
Στη γλώσσα της φυσικής, πρέπει να καταβάλουμε ενέργεια :
E ≥ mg(h-ho)

16. ΌΧΙ!! Στην κβαντομηχανική τα .. «περίεργα» φαινόμενα δεν έχουν τέλος!
Μολονότι ένα κβαντικό σύστημα μπορεί να μην έχει αρκετή ενέργεια για να
περάσει πάνω από ένα λόφο, αλλά…
μπορεί να τον διαπεράσει και να βρεθεί απ’ την άλλη πλευρά.
Αυτό είναι το φαινόμενο σήραγγας

17. Τα κβαντικά σωμάτια έχουν τη δυνατότητα να διέλθουν από κλασσικά
απαγορευμένες περιοχές. Η πιθανότητα διέλευσης εξαρτάται από την ενέργεια
των σωματιδίων, τη μάζα τους, το εύρος της απαγορευμένης περιοχής και
το ύψος του ενεργειακού φράγματος της.
https://www.youtube.com/watch?
v=RF7dDt3tVmI&t=60s

18. Πιθανότητα Διέλευσης:

23. Το ηλεκτρόνιο «μοιράζει τον χρόνο του» ανάμεσα στα δύο άτομα, χωρίς ποτέ να
βρίσκεται ανάμεσά τους, αξιοποιώντας το φαινόμενο σήραγγας.

25. https://www.youtube.com/watch?v=gS1dpowPlE8

27. ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΤΑΞΗΣ ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΤΟΥ
ΑΤΟΜΟΥ!!!
https://www.youtube.com/watch?v=K64Tv2mK5h4

29. Απεικόνιση ατόμων Πυριτίου!

32. Η Κβαντομηχανική έχει τεράστια επίδραση στον κόσμο
μας.
Η παράξενη «Κυματοσυνάρτηση» και η πιθανοκρατική
συμπεριφορά του μικροκόσμου οδηγούν σε φαινόμενα
όπως το Κβαντικό φαινόμενο Σήραγγας.
Αν δεν υπήρχε το φαινόμενο σήραγγας, δεν θα
μπορούσαμε να έχουμε «φλασάκια» αλλά ακόμα και ο
ίδιος ο ήλιος δεν θα μπορούσε να λάμψει!!