量子隧穿：能量不够，也照样过去

如果有人告诉你：一个没力气翻过山坡的球，偶尔会出现在山坡的另一边，你多半会觉得他在开玩笑。

但在量子世界里，这种事一直在发生。

它有个专门的名字，叫量子隧穿。

名字听着像比喻，描述的却是一件很朴素的事：粒子有一定概率出现在经典力学说“去不了”的地方。

不是撞开的，也不是抄了近路。

一、它说的是什么

经典力学里，一个球要翻过山坡，动能必须高过坡顶。

不够，就原路滚回来，没有例外。

量子力学里，粒子用波函数来描述。

遇到一道势垒——可以先把它想成一堵墙——波不会在墙面上直接归零，而是在墙的内部按指数衰减。

衰减得非常快，但不等于零。

如果墙足够薄，波到达另一侧时还会剩下一点振幅。

剩下的这一点，就是粒子出现在墙那边的概率。

▍墙里不是空的，波只是没有归零

二、跟“钻空子”不是一回事

常见的误会是：是不是墙上有缝，粒子正好找到了？不是。

势垒是完整的，粒子的能量也确实不够。

关键在于，量子力学里本来就不存在“粒子一定沿着某条确定的路线走”这件事。

位置本身是概率性的。

所以更准确的说法是：给它一道有限厚度的势垒，它就有非零的概率出现在另一边。

墙越薄、越矮，概率越大；墙一厚，概率就小到几乎不用考虑。

这也是为什么隧穿在微观尺度上是常事，到了我们这个尺度基本看不见——你走路不会穿到墙那边去，那概率小到宇宙的年龄里也未必够用一次。

▍同一堵墙：一个被弹回，一个穿了过去

三、它在哪些地方真的发生了

太阳发光。

太阳核心的质子要聚变，得先顶住彼此之间的电荷排斥。

按核心温度估算，多数质子的能量其实不够，正是隧穿给了它们凑到一起的机会。

没有隧穿，太阳点不着。

扫描隧道显微镜。

一根极细的探针悬在样品表面上方，不接触，靠的就是探针与表面之间的隧穿电流。

这个电流对距离极其敏感，原子级的起伏就这样被读了出来——人类第一次“摸”到单个原子，用的就是这个效应。

还有离我们更近的东西：闪存能存住数据，芯片里让人头疼的漏电流，背后的机制也都是隧穿。

同一种效应，一处是工具，一处是麻烦。

▍不接触、不留痕，靠的是隧穿电流

能量不够，所以是测量出了问题

不是。

这是量子力学直接的推论，实验里每天都在发生。

粒子是从墙里的缝隙钻过去的

没有缝。

势垒是完整的，粒子也不是沿着某条路径穿过去的。

那宏观物体也能穿墙

概率随质量和厚度指数衰减。

对人这么大的物体，概率小到可以当作零。

所以更准确的说法也许是：

它不是翻过了那堵墙，

而是从来就没被墙完全挡住。

经典力学说“过不去”，

量子力学问的是“有多大的可能过去”。

第一次听说隧穿是什么时候？

我们能否前往“平行宇宙”？

今天我们就从量子角度出发，聊聊“平行宇宙” 要探讨前往平行宇宙的可能性，我们首先要理解量子世界那些反常识的法则。

在量子尺度上，粒子的行为与我们日常经验大相径庭。

它们可以同时处于多个状态的叠加，直到被观测时才“坍缩”到一个确定的状态，这便是著名的“量子叠加态”。

此外，量子纠缠现象更是让爱因斯坦都称之为“鬼魅般的超距作用”，两个或多个粒子无论相隔多远，都能瞬间影响彼此的状态。

这些奇特的量子现象，让科学家们开始思考：如果微观世界如此奇妙，那么在宏观世界，甚至宇宙尺度上，是否也存在着类似的多重可能性？这就引出了“平行宇宙”的假说。

平行宇宙的理论基础 平行宇宙理论认为，存在着无数个与我们所在的宇宙并行发展的其他宇宙。

这些宇宙可能有着不同的物理定律、历史事件甚至生物形态。

在量子多世界诠释中，每一次量子测量导致的状态坍缩，实际上都意味着宇宙的“分裂”，产生了一个新的平行宇宙，其中包含了测量后所有可能的结果。

从这个角度看，我们的每一次选择、每一次随机事件，都可能是在创造新的平行宇宙。

那么，问题来了：我们是否能够跨越这些宇宙的界限，前往其他平行宇宙？ 从目前的科学认知来看，跨越平行宇宙面临着巨大的挑战。

首先，我们尚未发现任何能够连接不同宇宙的“桥梁”或“通道”。

量子纠缠虽然展现了粒子间的神秘联系，但这种联系并不等同于宇宙间的通道。

其次，即使存在这样的通道，跨越宇宙所需的能量和技术也是我们目前无法想象的。

量子世界中的现象往往需要在极端条件下（如极低温、极强磁场）才能观测到，而跨越宇宙的壮举无疑需要更加苛刻的条件。

更重要的是，我们对于平行宇宙的了解还非常有限。

我们不知道这些宇宙是否真的存在，更不知道它们的具体性质和规则。

因此，在可预见的未来内，跨越平行宇宙可能仍然只是科幻作品中的情节。

研究5.6万颗恒星后，太阳究竟哪里不正常？

科学家把它放到一大群相似恒星旁边，有的研究发现，它的亮度变化偏弱；另一项调查却记录到，同类恒星会突然爆发远超普通太阳耀斑的强烈闪光。

看似互相打架的两个结果，凑出了一个更值得追问的问题：我们熟悉的太阳，是本来就安静，还是只见过它安静的时候？ “研究5.6万颗恒星，发现太阳不正常”这个说法，最抓人的地方，也最容易把故事讲岔。

56450颗这个数字确有出处，对应2024年发表在《科学》上的类太阳恒星超级耀斑研究。

“太阳亮度变化比不少同类更弱”，则是2020年的另一项工作。

它们测量的内容不同，不能把数字拿来当成同一张结论证明。

不妨先把目光移到太阳照片上。

日常看它像一个发光圆盘，用专门仪器观察，却能看到暗斑、亮区和巨大的弧形结构。

太阳没有固体外壳，内部和表层的等离子体不断运动，磁场随着这些运动变化。

我们的早晨很规律，太阳表面却没有因此停工。

暗的太阳黑子并非真黑，只是比周围区域温度低，放在耀眼背景下显得暗。

明亮的光斑等结构，又可能增加某些波段的亮度。

它们长出来、变化、随自转转到可见面或转走，整颗恒星的亮度记录就会出现起伏。

遥远恒星的表面看不清，光度变化仍能留下活动的线索。

2020年的研究，把太阳与自转周期等性质相近的一批恒星比较。

在能测得相近自转周期的样本中，不少恒星的亮度变化比太阳更强。

对太阳认识很深的人，反而被这个结果提醒：我们长期习惯拿太阳当模板，模板自己也需要放到更大的样本里检验。

不过这不是“只有太阳安静，其他恒星都暴躁”。

那项工作还分析了没有测出自转周期的样本，其中不少亮度变化与太阳相近。

变化很弱、规律不明显的星，本来就更难从光度曲线里辨认自转。

先挑出容易测到周期的目标，可能影响你看到的群体。

研究需要处理这种选择效应。

就像你隔着窗户判断楼里谁最吵，声音大的住户更容易被注意到，不能因此宣布整栋楼只有你安静。

天文学家的难处还在于，恒星并非完全复制的灯泡。

温度、年龄、自转、成分和观察角度都会影响比较。

多看几颗有帮助，但“相似”必须说明相似在哪些指标上。

现在再看那5.6万颗。

2024年的研究利用开普勒望远镜2009年至2013年的数据，筛选出表面温度和亮度类似太阳的恒星。

把许多星的观测时间合起来，便能统计罕见事件。

你无法让人类等待几十万年才交论文，却能同时观察很多位恒星“亲戚”，寻找它们共同呈现的规律。

结果在56450颗目标中，研究者识别出2527颗恒星上的2889次超级耀斑。

这里的“超级”，是短时间释放能量达到极高等级的爆发，不是照片颜色特别艳丽。

研究里讨论的门槛约为10的27次方焦耳。

数字太大，很难靠家用电量产生直觉，也不能把全部能量直接算成地球承受的剂量。

看到这些耀斑，研究人员还得排除冒名顶替的信号。

探测器里的异常、经过的小天体，或图像上挨得很近的其他恒星，都可能让某个目标突然看着变亮。

闪光来自哪颗星，是调查的关键。

否则邻居放了一次烟花，你却把账记到这家安静住户头上，后面的风险判断也会跟着偏。

统计给出的平均频率，约为每颗类太阳恒星每百年一次。

听到“百年”，很容易往日历上画一个圈。

但平均间隔不等于固定周期，这个样本的群体规律也不能直接变成太阳的精确倒计时。

论文没有告诉你下一次太阳超级耀斑是哪一年，更没有把今天平静的天空变成某个确定灾难的预告。

那太阳有没有可能这样爆发？相似恒星的表现让这个可能性值得认真研究。

所谓“太阳安静”，也只是在特定测量和比较条件下描述它，不能据此发一张永不爆发的保证书。

日常亮度的起伏有多大，罕见耀斑能释放多少能量，是两个相关却不相同的问题。

平均声音小的人，也可能偶尔大声喊话。

耀斑的能量与磁场有关。

等离子体运动改变磁场结构，磁场重新连接时，储存的磁能可能迅速转化，产生辐射并加速粒子。

猛烈闪光不等于太阳核心全面失控，更不等于太阳变成超新星。

还有一个常被混为一谈的东西：日冕物质抛射。

耀斑是强烈的辐射爆发，日冕物质抛射则把大量带磁场的太阳物质送入空间。

它们可以一起出现，但不能拿一个词替代另一个。

光传播到地球约需8分钟，抛出的物质通常要更久；是否朝向地球以及磁场条件，也会改变影响。

遥远恒星爆发一次超级耀斑，并不等于旁边每颗行星都被烧掉。

距离、辐射方向、行星磁场和大气，以及爆发的伴随过程，都要算进去。

把全部能量画成一团盖住地球的火焰，会绕过决定后果的传播条件。

对现代生活来说，值得关心的反而是那些看不见的环节。

强烈空间天气可能扰动电离层，影响无线电与卫星导航；带电粒子和地磁活动又可能给航天器、电网带来问题。

你还没抬头看太阳，手机定位、远距离通信和供电设备，已经把生活与地球之外的环境连在一起。

人类的直接高精度观测，只占太阳46亿年生命里的很小一段。

黑子历史记录更长，树轮和冰芯等自然档案也能帮助追索过去的强粒子事件，但它们记录的指标并不等于望远镜测到的耀斑辐射。

把所有记录简单排成一张“太阳发脾气表”，仍会丢掉不同信号之间的重要区别。

科学家因此会同时盯太阳、看别的星、查古老档案。

近处观测提供细节，远处样本提供统计，历史记录提供长时间线索。

三者还有待接起来；讲出一个吓人的数字，并不等于掌握了太阳未来的剧本。

回到“不正常”三个字，太阳当然不是宇宙里唯一特别的恒星。

它在某些样本中的亮度变化偏弱，是值得解释的观测现象；类太阳恒星可能有更强的爆发，是另一条值得重视的线索。

两件事都让我们认识它更多，却都不能证明它被谁刻意设计，也不能证明明天一定有事。

明早太阳升起时，你仍然可以按平常的时间出门。

但这个熟悉圆盘背后，有一场持续运转的磁场活动，还有人类尚未完全读懂的长时间历史。

我们把“每天都来”当成了“永远一样”，科学家却在几万颗相似恒星之间，慢慢发现它更多的表情。

真正有意思的，不是太阳突然坏了，而是我们对它的认识，终于不只剩下一张温和的合影。