Le tunnel quantique est l'une des choses les plus intéressantes que les physiciens étudient …
Imaginez une balle de tennis heurtant un mur. Dans une situation à laquelle nous sommes habitués, il rebondira sur ce mur. Cependant, en raison de la nature étrange du monde quantique, il existe techniquement une probabilité statistique que la balle se retrouve de l'autre côté de la barrière ou même dans le mur lui-même.
Ici, nous ne parlons pas du fait que la balle passera à travers le mur, du moins, ce n'est pas tout à fait vrai …
Que peut-il se passer au niveau macro?
S'il y avait un cas étrange de tunnel quantique au niveau macro, alors la balle pourrait soudainement disparaître lorsqu'elle se rapproche du mur, puis réapparaître immédiatement de l'autre côté, tandis que le mur lui-même et la balle seraient dans leur état idéal. Bien sûr, les chances que cela se produise sont extrêmement faibles. Néanmoins, il existe une probabilité statistique de cela, mais en théorie cela pourrait arriver.
La raison en est la nature probabiliste du monde quantique. Comme le prouve le principe d'incertitude de Werner Heisenberg, la position et l'élan d'une particule ne peuvent pas être connus simultanément. Par exemple, si vous connaissez la position d'un électron, vous ne pouvez pas connaître sa vitesse, et si vous connaissez la vitesse, vous ne pouvez pas connaître sa position dans l'espace. Pour cette raison, les probabilités sont utilisées pour «deviner» où une particule peut être à un moment donné: un électron peut avoir une forte probabilité d'être à un endroit, et pas à un autre. Ces probabilités créent ce qu'on appelle un «nuage de probabilités».
Vidéo promotionelle:
Nuage de probabilités et tunnel quantique
Comme vous pouvez le voir sur la figure, les chances que l'électron soit au centre du nuage sont plus grandes qu'à la périphérie. Cependant, bien que les chances soient incroyablement faibles, il existe une probabilité statistique qu'un électron puisse être détecté près du bord du nuage. C'est là que les choses commencent à devenir bizarres.
Nuage de probabilité électronique.
Le tunnel quantique est la capacité d'une particule, comme un électron, à passer instantanément à travers une barrière. S'il y a une barrière d'énergie plus élevée que l'électron et que l'électron s'en approche, nous supposons généralement que l'électron ne peut pas la surmonter. En fait, dans la plupart des cas, c'est le cas. Néanmoins, chaque électron se comporte de temps en temps de manière complètement inattendue. Dans de rares cas, un électron apparaît simplement de l'autre côté de la barrière.
Comment est-ce possible?
En raison de la nature probabiliste des électrons, au moment où un électron s'approche de la barrière, il y a encore une petite chance dans le nuage de probabilité que l'électron puisse être trouvé de l'autre côté de la barrière.
Nuage de probabilité et barrière.
Lorsque cette petite chance est réalisée et que l'électron est de l'autre côté, cela signifie qu'un tunnel quantique s'est produit. Techniquement, l'électron ne passe pas à travers la barrière, car, assez curieusement, au moment du tunnel quantique, le temps pour l'électron n'existe pas, il se produit instantanément. De cette manière, les électrons peuvent surmonter instantanément les barrières énergétiques plus élevées.
Étoiles et tunnel quantique
Bien que cela puisse sembler un événement très étrange et même impossible, il est en fait important pour la vie sur Terre telle que nous la connaissons. Le soleil et toutes les étoiles connues sont capables de briller à travers un tunnel quantique.
À la suite de la fusion nucléaire, la lumière et la chaleur sont libérées sur le soleil. Deux noyaux atomiques, tous deux chargés positivement, entrent en collision pour former un nouvel élément, et dans ce processus des photons sont libérés. Le problème, cependant, est que, puisque les deux noyaux sont chargés positivement, ils se repoussent, tout comme les mêmes pôles d'aimants dans les aimants. Cela signifie qu'il y a une barrière énergétique que les noyaux doivent surmonter pour fusionner. Cependant, comme le montrent les mathématiques, les noyaux du Soleil n'ont pas assez d'énergie pour surmonter cette barrière. La seule façon de rendre cela possible est le cas très rare du tunnel quantique.
Ironiquement, le tunnel quantique peut également avoir des conséquences néfastes. Selon la biologie quantique, qui considère les systèmes vivants du point de vue de la théorie quantique, des mutations d'ADN peuvent se produire dans un processus appelé tunnel de protons.
Si l'ADN se réplique pendant ce tunnel quantique, une mutation peut se produire. Il existe d'autres cas de mutations à effet tunnel quantique qui, selon certains scientifiques, provoquent le cancer. On a même supposé qu'à cause de cela, les êtres vivants vieillissent.
Il est étrange de penser que ce qui permet au Soleil de briller et de fournir la vie sur Terre peut aussi être la raison pour laquelle tout dans la nature vieillit, se dégrade et meurt. Cependant, sans tunnel quantique, la vie telle que nous la connaissons serait impossible.