【原】量子隧穿、扫描隧道显微镜、氨分子的反转

    在宏观的世界中，约束物体运动的物理条件都是精确的、刚性的。比如物体的运动速度达不到第二宇宙速度就不可能离开绕地球运行的轨道进入绕太阳运行的轨道。向上抛出的石子的初始速度或者说动能决定了它能达到的最大高度，而不可能再高出一丁点儿。墙外的人不可能在不破坏墙的情况下自然地穿过墙进入另一侧，除非是崂山道士。当然，要是没有隧道火车也不可能从山中穿过。

    然而，在微观世界中，粒子却可以产生截然相反的量子隧穿效应。比如一个具有能量E的粒子在运动过程中即使遇到高于能量E的势垒也有一定的概率穿过它。

    量子隧穿效应的一个重要应用便是扫描隧道显微镜。扫描隧道显微镜有一个非常尖锐的针尖，工作时，针尖与导电的样品之间加有一定的电压，而针尖与样品之间的真空间隙对于电子来说就是一个势垒。根据量子隧穿效应，电子有一定的概率从针尖飞出穿过真空间隙进入样品，从而导致针尖与样品即使不接触也有一定的电流从间隙通过，而且间隙越小，电流越大。因此可以根据检测到的隧穿电流的大小计算出针尖跟样品之间的距离，从而实现对样品微观形貌的观测。

    量子隧穿效应在化学中也有体现，比如氨分子中的氮原子与三个氢原子构成一个三棱锥结构。氮原子要想穿过三个氢原子所在平面进入另一侧实现构型反转从而构成一个与原来的分子呈镜像对称的三棱锥就需要克服非常高的能量，实际情况下的氨分子通常不具有如此高的能量。然而实验却发现氨分子的结构可以在这两种构型间快速转变，其原理就是量子隧穿效应。