Kuantum tünelleme, bir atomun veya atom altı parçacığın, nüfuz etmesi ve bariyeri geçmesi imkansız olduğu durumda bariyeri geçerek karşı tarafında görünebildiği bir olgudur. Kuantum kurallarına göre, elektronlar hem parçacık hem de dalga gibi davranabilir ve nesneler aynı anda farklı durumlarda olabilir. Kuantum tünelleme nedir ve nasıl çalışır?
Kuantum dünyası, görünüşte imkansız olanın her zaman gerçekleştiği oldukça çılgın bir dünyadır: Birbirinden kilometrelerce ayrılan minicik nesneler birbirine bağlıdır ve parçacıklar aynı anda iki yerde bile olabilir. Ancak en kafa karıştırıcı kuantum süper güçlerinden biri, parçacıkların aşılmaz görünen engellerden geçmesidir. Parçacıklar yoğun bariyerlerin içinden, sanki bariyerler hiç yokmuş gibi zahmetsizce geçerler. Yürüyorsunuz ve göz alabildiğine uzanan 3 metre yüksekliğinde bir duvarla karşılaşıyorsunuz. Merdiven veya Örümcek Adam gibi tırmanma becerileriniz olmadan, duvarı aşmanız yada yolunuza devam etmeniz imkansızdır.
Kuantum tünelleme nedir?
Kuantum tünelleme, kuantum mekaniğine göre parçacıkların enerji bariyerlerini klasik fizikte beklenenden daha kolay bir şekilde aşabildiği bir fenomendir. Kuantum tünelleme, kuantum mekaniği kavramlarına dayanan bir olgudur. Kuantum tünelleme, bir parçacığın enerji bariyerlerini aşarak, klasik olarak geçemeyeceği bir bölgeye geçme olasılığına sahip olmasıdır. Kuantum parçacıkları dalga benzeri özellikler gösterirler ve bir enerji bariyeriyle karşılaştıklarında, bu bariyeri aşma olasılığı vardır.
Klasik fizikte, bir nesnenin enerji bariyerini aşabilmesi için enerjisinin bariyerin yüksekliğine eşit veya daha yüksek olması gerekir. Ancak kuantum mekaniğinde, bir parçacık enerji bariyerinin altındaysa bile, belirli bir olasılıkla bariyeri geçebilir.
Fakat kuantum dünyasında, bir atomun veya elektronun, sanki duvardan bir tünel kazılmış gibi, diğer tarafta basitçe “görünmesi” nadirdir, ancak mümkündür. Kuantum mekaniği yasaları kuantum tünellemeye izin verse de, araştırmacılar hala atom altı bir parçacık tünel açma sürecinden geçerken ne olduğunu tam olarak bilmiyorlar.
Kuantum Tünelleme Nasıl Çalışır?
Kuantum mekaniğinin temel kavramI olasılık üzerinedir. Bir elektron veya proton gibi kuantum mekaniksel bir parçacığı, potansiyel bir enerji tepesindeki bir boşluğa bıraktığınızı hayal edin. Parçacığın kaçamayacağından emin olduğunuzda, yani tepeye tırmanacak kadar enerjiye sahip olmadığından emin olduğunuz zaman, onu kendi haline bırakın. Eğer parçacığın vaziyetini kontrol etmek için tekrar baktığınızda, parçacık yok olmuş olacaktır. Onun, tepenin diğer tarafına geçtiğini ve orada durduğunu görürsünüz.
Peki bu nasıl oluyor? Normalde topun bariyeri aşacağı beklenmez ve aşamaz. Fakat kuantum dünyasında ise bu çok farklıdır. Kuantum dünyasında herşey olasılıklar üzerinedir. Bir parçacığı dağın yada bariyerin, tepenin diğer yanında görme olasılığı vardır. Bu ufak bir olasılıkta olsa, parçacığı diğer tarafta görme olasılığı bulunmaktadır. Hatta parçacığa bariyerin diğer tarafında bile görebilirsiniz. İşte buna kuantum tünelleme denir. Gerçek hayatta bunun anlamı, bir elektronu bir atomun çekirdeği içinde gezinirken bulmak demektir..
Tünellenebilir parçacıklar, normalde aşacak enerjiye sahip olmadıkları enerji bariyerlerinden kolayca geçebilirler. Sizin parçacığınız da, normalde aşamayacağı tepeyi, tünelleme yoluyla aşmış ve öteki tarafa geçmiştir.
Bu olgu, parçacığın enerji bariyerini geçmek için dalga fonksiyonunun bariyerin arkasında dağılması ve orada yeniden yoğunlaşması ile açıklanır. Bu durumda, parçacık bariyerin içinden geçmiş gibi davranır.
1927’de bunu ilk keşfeden bilim insanlarının, fizik kanunlarına aykırı olarak düşündüler. Ancak bugün, kuantum dünyasında tünellemenin oldukça yaygın bir olgu olduğunu biliyoruz. Öyle ki; bilgisayarlarımızı ve telefonlarımızı mümkün kılan yarı iletkenler, transistörler ve diyotlar gibi teknolojiler, bu olgu olmasaydı çalışamazdı.
Kuantum dünyasında elektronlarımızın kapının diğer tarafında belirme ‘olasılığı’ vardır.
İnsanları Kuantum Tünelleme ile Tünelleyebilir miyiz?
Hayır, insanları kuantum tünelleme yoluyla tünelleme yeteneğine sahip değiliz. Kuantum tünelleme, mikroskobik parçacıkların davranışıyla ilgilidir ve kuantum mekaniği kurallarına tabidir. İnsanlar gibi büyük nesnelerin kuantum tünelleme olgusunu deneyimlemesi veya bu şekilde taşınması mümkün değildir.
Kuantum tünelleme, kuantum dünyasında çok küçük parçacıkların özelliklerini açıklamak için kullanılan bir kavramdır. Kütle arttıkça olasılık azalır ve bu da insanların bariyerlerden tünel açmasının mümkün olmadığını gösterir. Ek olarak, bir insanın bir bariyerden geçebilmesi için vücudundaki tüm parçacıkların aynı anda tünelden geçmesi gerekir ki bu mümkün değildir.
