宇宙是什么

8. 应用到电子技术的“隧道效应”

  例如，假设在微观世界里将若干基本粒子置于一个方框内。此时，框内粒子的“位置”就被限定在狭小的范围内了。用刚才的公式描述，就是Δx变得极小。因此，根据不确定性原理，框内粒子的动量的不确定性（Δp）会变得非常大。

  这样一来，会发生什么呢？令人感到不可思议的是，框内的粒子会慢慢扩散，并逐渐渗到框外。这可以说是“波”独有的现象，我们称之为“隧道效应”。江崎玲于奈应用这个原理在半导体中发现了电子的量子隧穿效应，并因此获得了1973年的诺贝尔物理学奖。虽然不确定性原理总让我们觉得非常不真实，但它在现实的电子技术中得到了应用。

  另外，不确定性原理中还有表示能量和时间关系的公式。

  ΔE（能量的不确定程度）×Δt（时间的不确定程度）＞h（普朗克常数）

  这个公式由位置与速度的不确定性原理推导而来。当我们测量粒子的运动速度时，如果其运动时间越短，那么它移动的距离也越短。所谓距离短，是指位置的范围（Δx）小。那么，如果位置的范围变小，那么其速度的不确定程度就会变大。

  速度的不确定程度变大，也就是指动量的不确定程度变大。因此，如果“时间”的范围缩小，那么“能量”的不确定程度就会变大；反之，如果“时间”的范围扩大，那么“能量”的不确定程度就会变小。

  使用加速器制造基本粒子时，时间与能量的关系是我们面临的一大难题。基本粒子的“寿命”各不相同，所以制造它们所需要的能量也千差万别。基本粒子的寿命越短，“时间”的范围就会越小；寿命越长，“时间”的范围就约大。因此，基本粒子的寿命越短，与之对应的能量的范围反而会越大。

  所以，制造寿命短的基本粒子，对所需要能量的估算粗略一些也没有关系。由于可以不必精确地设定能量，可以说这种基本粒子“易于制造”。

  反之，制造寿命长的基本粒子时，所需能量的范围就很狭小，所以必须将电压控制在与其相符的范围内。这相当于“好球带”（Strike Zone）很小，因此实验要求的精度极高。

  例如，第二代基本粒子中的粲夸克就是这种情况。实验中让加速后的电子与正电子互相碰撞，以求制造出由粲夸克和反粲夸克构成的介子。然而，介子的寿命非常长，研究人员必须精确设定所施加能量的数值，进行了多次尝试，才终于成功制造出了1个介子。