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黑洞简介黑洞（Black hole）是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种密度无限大，体积无限小的天体，所有的物理定理遇到黑洞都会失效。
1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild，1873～1916年）通过计算得到了爱因斯坦引力场方程的一个真空解，这个解表明，如果将大量物质集中于空间一点，其周围会产生奇异的现象，即在质点周围存在一个界面——“视界”一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。
这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇巴德·惠勒（John Archibald Wheeler）命名为“黑洞”。
“黑洞是时空曲率大到光都无法从其视界逃脱的天体”。
黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后，发生引力坍缩产生的。
黑洞的质量极其巨大，而体积却十分微小，它产生的引力场极为强劲，以至于任何物质和辐射在进入到黑洞的一个事件视界（临界点）内，便再无法逃脱，甚至目前已知的传播速度最快的光（电磁波）也逃逸不出。
黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。
借由物体被吸入之前的因高热而放出紫外线和X射线的“边缘讯息”，可以获取黑洞存在的讯息。
推测出黑洞的存在也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹取得位置以及质量。
科学家最新研究理论显示，当黑洞死亡时可能会变成一个“白洞”，它不像黑洞吞噬邻近所有物质，而是喷射之前黑洞捕获的所有物质。
演化过程黑洞就是中心的一个密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小的奇点和周围一部分空空如也的天区，这个天区范围之内不可见。
依据阿尔伯特-爱因斯坦的相对论，当一颗垂死恒星崩溃，它将聚集成一点，这里将成为黑洞，吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质。
黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程：某一个恒星在准备灭亡，核心在自身重力的作用下迅速地收缩，塌陷，发生强力爆炸。
当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间。
简介由微观粒子波动性所确信的量子效应。
又称势垒贯穿[1]。
考虑粒子运动碰到一个高于粒子能量的势垒，依照经典力学，粒子是不可能越过势垒的；依照量子力学能够解出除在势垒处的反射外，还有透过势垒的，这说明在势垒的另一边，粒子具有必然的概率，粒子贯穿势垒。
理论计算说明，关于能量为几电子伏的电子，方势垒的能量也是几电子伏，当势垒宽度为1埃时，粒子的透射概率达零点几；而当势垒宽度为10时，粒子透射概率减小到10-10 ，已微乎其微。
可见隧道效应是一种的量子效应，关于宏观现象，事实上不可能发生。
隧道效应在势垒一边平动的粒子，当动能小于势垒高度时，按经典力学，粒子是不可能穿过势垒的。
关于微观，量子力学却证明它仍有必然的概率穿过势垒，实际也正是如此，这种现象称为隧道效应。
关于谐振子，按经典力学，由核间距所决定的位能决不可能超过总能量。
却证明这种核间距仍有必然的概率存在，此现象也是一种隧道效应。
隧道效应是明白得许多的基础。
隧道效应概述在两层导体之间夹一薄绝缘层，就组成一个电子的隧道结。
实验发觉电子能够通过隧道结，即电子能够穿过绝缘层，这即是隧道效应。
使电子从金属中逸出需要逸出功，这说明金属中电子势能比空气或绝缘层中低．于是电子隧道结对电子的作用可用一个势垒来表示，为了简化运算，把势垒简化成一个一维方势垒。
所谓效应，是指在两片金属间夹有极薄的绝缘层（厚度大约为1nm（10-6mm），如氧化薄膜），当两头施加势能形成势垒V时，导体中有动能E的部份微粒子在E ＜V的条件下，能够从绝缘层一侧通过势垒V而达到另一侧的物理现象。
产生隧道效应的缘故是电子的波动性。
依照，在低速情形下，具有（）E的电子的波长h隧道效应λ=-----------------√2mE（其中，h——；m——电子质量；E——的动能），在势垒V前：假设E＞V，它进入势垒V区时，将波长改变成hλ’=----------------------√2m（E-V）假设E＜V时，虽不能形成有必然波长的波动，但电子仍能进入V区的必然深度。
简介由微观粒子波动性所确定的量子效应。
又称势垒贯穿[1]。
考虑粒子运动遇到一个高于粒子能量的势垒，按照经典力学，粒子是不可能越过势垒的；按照量子力学可以解出除了在势垒处的反射外，还有透过势垒的波函数，这表明在势垒的另一边，粒子具有一定的概率，粒子贯穿势垒。
理论计算表明，对于能量为几电子伏的电子，方势垒的能量也是几电子伏，当势垒宽度为1埃时，粒子的透射概率达零点几；而当势垒宽度为10时，粒子透射概率减小到10-10 ，已微乎其微。
可见隧道效应是一种微观世界的量子效应，对于宏观现象，实际上不可能发生。
隧道效应在势垒一边平动的粒子，当动能小于势垒高度时，按经典力学，粒子是不可能穿过势垒的。
对于微观粒子，量子力学却证明它仍有一定的概率穿过势垒，实际也正是如此，这种现象称为隧道效应。
对于谐振子，按经典力学，由核间距所决定的位能决不可能超过总能量。
量子力学却证明这种核间距仍有一定的概率存在，此现象也是一种隧道效应。
隧道效应是理解许多自然现象的基础。
隧道效应概述在两层金属导体之间夹一薄绝缘层，就构成一个电子的隧道结。
实验发现电子可以通过隧道结，即电子可以穿过绝缘层，这便是隧道效应。
使电子从金属中逸出需要逸出功，这说明金属中电子势能比空气或绝缘层中低．于是电子隧道结对电子的作用可用一个势垒来表示，为了简化运算，把势垒简化成一个一维方势垒。
所谓隧道效应，是指在两片金属间夹有极薄的绝缘层（厚度大约为1nm（10-6mm），如氧化薄膜），当两端施加势能形成势垒V时，导体中有动能E的部分微粒子在E＜V的条件下，可以从绝缘层一侧通过势垒V而达到另一侧的物理现象。
产生隧道效应的原因是电子的波动性。
按照量子力学原理，在低速情况下，具有能量（动能）E的电子的波长h隧道效应λ=-----------------√2mE（其中，h——普朗克常数；m——电子质量；E——电子的动能），在势垒V 前：若E＞V，它进入势垒V区时，将波长改变为hλ’=----------------------√2m（E-V）若E＜V时，虽不能形成有一定波长的波动，但电子仍能进入V区的一定深度。
量子与统计物理课题论文论文名称：量子力学中隧穿效应的原理及其应用所在班级：材料物理081小组成员：黄树繁（08920107）蒋昌达（08920108）摘要：量子隧穿效应为一种量子特性，是如电子等微观粒子能够穿过它们本来无法通过的“墙壁”的现象。
这是一种特殊的现象，这是因为根据量子力学，微观粒子具有波的性质，而有不为零的几率穿过位势障壁。
本文主要介绍量子隧穿效应的基本原理、简单和稍微复杂一点的情况的推导过程，然后介绍下隧穿效应在实际中的应用—扫描隧道显微镜（STM）。
关键词：量子力学；隧穿效应；STMAbstract:Tnneling effect is a property of quantum,is a effect of Microscopic particles ,for example electrons,can get through “barriers” which they cannot used to.It is a unique phenomenon in Quantum mechanics which do not exist in classical mechanics. This paper mainly introduce the basic principle of QM,and conduct the mathematical derivation of the modle. Finally,we introduce an important application in practice of quantum tunneling effect—Scanning Tunneling Microscope.Key Word: Quantum mechanics;Tunneling effect;STM0.引言对于一个经典粒子(具有一定的有效质量)在外加电磁场中的行为服从牛顿力学，同时还受到声子、杂质等的散射，无须考虑量子效应 ( 尺寸引起的量子化、量子力学隧穿透效应、量子相干效应等)。
量子隧道效应微观粒子通过能量壁垒量子隧道效应量子隧道效应是指微观粒子能够通过能量壁垒的现象。
在经典物理学中，当一颗微观粒子遇到能量壁垒时，根据传统的物理规律，它应该无法穿越壁垒。
然而，量子力学的出现改变了我们对于微观世界的认知，揭示了量子隧道效应这样一种奇特现象。
1. 量子力学的背景量子力学是20世纪初发展起来的一门物理学分支，它描述了微观世界的规律。
在经典物理学中，我们可以使用牛顿力学等经典力学理论来推导和解释物体运动的规律。
然而，当物体的尺度减小到微观粒子的尺度时，经典物理学的规律不再成立，无法准确描述微观世界中的现象。
2. 能量壁垒和隧道效应能量壁垒是指存在于某一空间区域内的能量高于周围的壁垒。
在经典物理学中，微观粒子无法穿越这样的能量壁垒。
然而，在量子力学中，微观粒子却可能通过隧道效应穿越这样的能量壁垒。
3. 隧道效应的机制量子隧道效应的产生是由于微观粒子的波粒二象性。
根据波粒二象性原理，微观粒子既可以表现出波动性，又可以表现出粒子性。
当微观粒子遇到能量壁垒时，波动性使得它的波函数在壁垒区域内存在一定的概率分布，即便是在经典物理学中该粒子无法跨越壁垒的能量范围内。
4. 重要性和应用领域量子隧道效应在物理学的研究中具有重要的意义。
它解释了一些经典物理学难以解释的现象，例如核衰变和电子穿隧等。
此外，在纳米科技领域，量子隧道效应的应用也得到了广泛的关注。
例如，通过控制量子隧道效应，可以实现纳米尺度器件的设计和制造，从而推动纳米科技的发展。
5. 实验验证科学家们通过一系列精确的实验验证了量子隧道效应的存在。
例如，他们在实验中通过观察粒子的穿越概率和波函数的变化来判断隧道效应的发生。
这些实验证明了量子隧道效应不仅在理论上存在，而且在实际中是可观测和可重现的现象。
总结：量子隧道效应是量子力学的一个重要现象，它揭示了微观粒子能够通过能量壁垒的奇特现象。
通过理论和实验的研究，我们对于量子隧道效应有了更深入的认识。
