對「不可能之事」的快速複習
把一個球朝山坡滾去。如果它沒有足夠的能量到達山頂，它就會滾上一段、再退回來——每一次都是如此。這是經典常識。而一個面對自己在能量上無法翻越的位壘的量子粒子，卻會做出一件在日常中毫無對應的事：時不時地，它乾脆*出現在另一側*——它穿過了那片禁區，卻從未真正「站到頂上」。這就是量子穿隧；它既不是比喻，也不是近似——它是真切發生的，而且無時無刻不在發生。
原因在於波函數。一個粒子是由一道機率之波來描述的，而當這道波遇到位壘時，它不會在「牆」面前戛然而止。相反，它會向禁區*內部*滲入一小段，並以指數方式衰減——這就是一道倏逝波。如果位壘薄到讓這道波在另一側仍然不為零，那麼粒子被發現於另一側，就有一個真實、可計算的機率。位壘越薄、越低，這個機率就越大——定量地說，就是穿隧機率。
看見單個原子：掃描穿隧顯微鏡
穿隧最優美的用途，是 1981 年發明的掃描穿隧顯微鏡（STM），它能逐個原子地為一個表面成像。訣竅在於：把一根極其尖銳的金屬探針——理想情況下尖端只剩一個原子——靠近一個導電表面，近到只有髮絲之微，近到兩者之間的間隙成為一道薄得足以讓電子穿隧而過的位壘。施加一個小電壓，便有一股微弱的穿隧電流流過那道空隙。無需接觸；電子靠穿隧越過這片虛空。
此刻，指數衰減開始大顯身手。正因為穿隧電流隨間隙寬度變化得如此劇烈，哪怕探針下方一個原子大小的小凸起——不到一奈米——也會讓電流出現可測量的擺動。讓探針在表面上來回掃掠，同時用一個回饋迴路微調它的高度以保持電流恆定，那麼這些高度調整的記錄就勾畫出了表面的起伏：一幅精細到單個原子尺度的地圖。STM 根本不用透鏡，也不用光；它用一股量子電流去「觸摸」表面。
回報是歷史性的：人類第一次能夠*看見*鋪陳在表面上的單個原子，後來甚至能一個一個地把它們推挪成選定的圖案。一整個領域——奈米技術——都依靠這種在原子尺度上觀察與撥弄的能力，而這一切，都建立在一個粒子「願意」越過它按經典理論無法越過的間隙之上。
穿隧二極體，以及你手機裡的快閃記憶體
穿隧也現身於電子器件內部。穿隧二極體由江崎玲於奈在 1950 年代末發明，是一種半導體元件，其構造讓電子穿隧過一個超薄的接面。由於穿隧對電壓的響應幾乎是瞬時的——沒有電荷的緩慢漂移，只有一道波滲透而過——這類器件能以極快的速度開關，曾在高頻電路中備受青睞。江崎也因展示了穿隧在固體中起作用而分享了諾貝爾獎。
最普及的例子就在你口袋裡。快閃記憶體——手機、相機和固態硬碟裡的儲存——的工作原理，是把電子停泊在一個微小、孤立的導體「島嶼」上，外面用一道絕緣位壘圍起來。要寫入或擦除一個位元，就用電壓逼迫電子*穿隧*過那道位壘、登上或離開這座島嶼；一旦到位，在不施加電壓時，位壘對它們而言已經太厚，以至於在任何人類可感的時間尺度上都無法穿隧回來，於是這個位元就穩穩保持多年。你存下的每一張照片、每一首歌，都靠對一道穿隧位壘的精心調校而留在原處——薄到足以寫入，厚到足以記住。
值得一提的是，穿隧並不總是「友軍」。隨著晶片上的電晶體不斷縮小到幾奈米，它們的絕緣層變得太薄，以至於電子會在本不該穿越的地方穿隧過去，造成漏電、浪費功率。我們在快閃記憶體裡有意駕馭的同一種效應，反過來成了普通電晶體所能做到的尺寸下限——這提醒我們：穿隧是量子世界一項基本的、始終開啟的特性，而不是一個可有可無的小裝置。
同一種效應，遍佈自然
穿隧不只是實驗室裡的把戲；大自然一直在使用它。重核的放射性α衰變就是穿隧——一個α粒子靠穿隧過束縛它的位壘，逃出了一個它遠沒有足夠能量爬出來的原子核。太陽之所以發光，是因為它核心裡的質子穿隧過彼此間的排斥而聚變；沒有穿隧，核心就會冷到無法發生聚變，群星也就不會燃燒。讓你能存下一張照片的那同一個「漏洞」，也讓太陽持續發光。
所以本文的教益是雙重的。穿隧確實奇異——一個粒子抵達了它的能量本不允許之處——可它同時又極其平常，被編織進你手機的儲存、一台繪製原子的顯微鏡、岩石的放射性，乃至星光之中。這個量子「漏洞」，絕非物理學邊緣的一樁奇聞；它是宇宙這台機器、也是你桌上那台機器裡，一個實實在在運轉著的零件。