束縛態與位障
位階
位階是最簡單的散射問題:勢能在左側取一個值,到右側便驟然跳到另一個值,宛如單獨一級台階。從一側靠近的粒子遭遇其能量地形中這一突然的變化,便不得不作出反應。位階是研究「當環境的規則在一道銳利的邊緣處改變時,量子波如何行事」的最樸素的設定。
量子力學給出一個出人意料的答案。撞上位階的波,既不是簡單地通過、也不是簡單地停下;一般而言它會分裂,一部分被反射回去,一部分向前透射。即便粒子擁有綽綽有餘的能量去登上這級台階,這種分裂依然發生——這是一種純然波動式的、毫無經典對應的反射,正如光會從一塊它本可輕易穿透的玻璃上部分反射回來。被反射與被透射的比例,取決於位階的高度相對於粒子能量的大小。
倘若位階比粒子的能量更高,經典物理會說粒子必定徑直彈回。量子力學同意:從長遠看,它確實被完全反射,然而波函數並不會在邊緣處瞬間消失:它會探入那片越界的禁區一小段、按指數迅速衰減的距離。這一點小小的滲入,正是在足夠薄的位障中會變成隧穿的同一種效應。
V = 0 for x < 0, V = V₀ for x > 0; wave splits into reflected + transmitted
在邊緣處,入射波部分反射、部分透射——即便它擁有足夠通過的能量也是如此。
粒子從一個它本可經典翻越的位階上被反射,並不是測量誤差或時間上的把戲;它是一種真切的波動效應,與光在表面上的部分反射同出一源。
又稱
另見