今年诺贝尔奖“穿墙术”到底咋回事？

2025年诺贝尔物理学奖授予了约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷和约翰·M·马蒂尼斯三位科学家，表彰他们在"发现电路中的宏观量子力学隧道效应和能量量子化"方面的开创性工作。这项听起来像是科幻小说的发现，实际上正在改变我们对量子世界的理解，甚至可能为未来技术开辟全新道路。

量子隧穿效应并非全新概念，科学家们早在近一个世纪前就发现了微观粒子能够"穿过"经典物理学认为不可能越过的能量壁垒的现象。然而，将这种现象扩展到宏观尺度——即在肉眼可见的电路中观察到量子行为——则是完全不同的突破。三位获奖科学家通过精巧的实验设计，成功在由数十亿原子组成的系统中观测到了量子隧穿效应。

他们采用了一种称为"约瑟夫森结"的装置：将两个超导体用极薄的绝缘层隔开，就像在两扇门之间夹了一堵极薄的墙。在常规条件下，电子会像散漫的孩子一样在一定范围内随机运动，形成所谓的"概率云"。令人惊奇的是，总有一些电子能够神奇地"穿过"这堵绝缘墙，出现在另一侧的超导体中。

当科学家们将这个系统降温至接近绝对零度时，发生了更加奇妙的现象。电子不再表现为独立的粒子，而是形成了一个协调一致的"整体团"，它们的概率云范围显著扩大。这意味着大量电子能够集体"隧穿"绝缘屏障，实现了真正意义上的宏观量子隧穿。这种现象挑战了我们对经典物理与量子物理界限的传统认知。

这种集体量子行为类似于芭蕾舞团中舞者们的完美同步——当温度足够低时，所有电子开始以高度协调的方式运动，完全不同于常温下各自为政的混乱状态。这种协调性正是宏观量子效应的核心特征，也是三位科学家获奖的关键发现。

宏观量子隧穿效应的发现不仅具有理论意义，更蕴含着巨大的应用潜力。最直接的受益领域是量子计算——约瑟夫森结已经成为超导量子比特的基础构建模块。谷歌、IBM等科技巨头正在开发的量子处理器都依赖于这一原理。

更长远来看，这项研究可能为"量子工程"开辟道路。想象一下，如果能够在更大尺度上控制和利用量子效应，我们或许能够开发出具有革命性性能的新材料，甚至实现目前只存在于科幻中的技术，如理论上的人体量子传输（虽然这还需要无数技术突破）。

我们人体就是电子和量子组成的，既然这一大坨电子可以穿墙，那么人体穿墙也不是不可能，当然可能是很久以后的事儿了。

这项发现也引发了深刻的哲学思考：在什么程度上，宏观世界与量子世界的界限可以被打破？我们通常认为量子效应只存在于原子尺度，但这项研究表明，在适当条件下，量子行为可以在更大尺度上显现。这挑战了我们对现实本质的理解，暗示宇宙可能比我们想象的更加奇妙和不可预测。

2025年诺贝尔物理学奖不仅表彰了一项杰出的科学成就，更向公众展示了基础研究如何能够拓展人类知识的边界，并为未来技术发展奠定基础。量子隧穿效应从微观到宏观的跨越，或许只是人类探索量子世界奥秘的一个开始，等待着更多科学家去揭示这个奇妙领域的新秘密。