翻不过去、却能穿过去的墙
把一个球朝山坡滚上去。如果它没有足够的能量到达坡顶，它就会滚上去一段、停住、再滚回来。每一次都如此。永远如此。这是日常世界里最铁板钉钉的规则之一：你无法到达一堵高过你能量所及的屏障的另一侧。一个连坡道顶沿都够不到的滑板手，永远不会落在另一边——不是偶尔不会，不是很少会，而是从不会。
量子粒子打破了这条规则。一个被射向某堵自己没有能量去翻越的屏障的粒子，有时候——不是每次，但确实是一个固定的、可计算的比例——会干脆直接出现在另一侧，仿佛穿越了一块它本来根本无法立足的区域。它没有从顶上越过，也没有把墙撞碎。它隧穿了过去。这就是量子隧穿，是量子世界真真切切会做的最离奇的事情之一。这里说的屏障是一道势垒：一块势能很高的区域，高到粒子按经典权利根本进不去。
它为何会发生：尾巴够到了另一侧
隧穿不是给粒子额外拴上的新规则。它就是上一篇里那堵会漏的墙，再往前推一步。回想一下：当一段量子波遇到一堵它按经典理论进不去的墙时，它不会戛然而止——它会以一条下垂的隐失尾巴探进去，探得越深、消退得越彻底。在一堵厚墙里，这条尾巴远在抵达另一侧之前就早已淡为乌有，于是粒子在一切实际意义上都被挡在了外面。
但只要把墙做得足够薄，尾巴还没来得及彻底淡去，就已经够到了墙的另一面。一小片虽小却不为零的波在另一侧冒了出来——而一旦冒出来，它就重新变回一段正常的行进波。这片幸存的“碎片”是一段真实、持续存在的波，这意味着确实存在一个真实、不为零的概率，会在那一侧找到整个粒子。粒子从头到尾都没有足够的能量待在墙内；它从未在墙的中途被观测到；然而，波那种“坚决不肯骤然归零”的光滑特性，硬是把它的一小块碎片带了过去。
什么样的墙容易隧穿、什么样的难
粒子能穿过去的频率，就是隧穿概率，它对墙的性质极其敏感。隐失尾巴在墙里死得越快、需要够到的距离越远，能存活到另一侧的部分就越少。有三个旋钮在控制它。
- 墙的厚度。墙越薄，隧穿就显著容易得多——概率随墙变宽呈指数式下跌，所以哪怕只多加一点点厚度，都可能把隧穿几乎彻底关掉。
- 墙的高度。屏障相对粒子能量越高，尾巴在墙里就死得越快，能穿过去的也就越少。
- 粒子的质量。轻的粒子比重的粒子容易隧穿得多。一个电子能溜过的墙，对一个重得多的质子来说几乎跟实心墙无异。
那种指数级的敏感性，是关键所在。隧穿不是一个时大时小的效应——它会在墙宽发生极其微小的变化时，从“无时无刻不在发生”切换到“基本上从不发生”。正是这道刀锋般的分界，让隧穿既能在日常生活中隐而不见，又能成为真实技术背后的引擎。你永远不会隧穿过一扇真实的门：你的质量太大太大，而那扇门在原子尺度上厚得无法想象，于是你的隧穿概率，是一个小数点后面跟着多到荒谬的一串零——一桩“多个宇宙寿命才碰得上一次”的事件。可一旦缩小成一个电子、面对一堵只有几个原子厚的墙，隧穿就从“不可能”变成了“家常便饭”。波的其余部分，也就是没有穿过去的那一部分，干脆弹了回来——这正是同一本账上反射的那一侧。
隧穿不是什么
这件事很容易被过度浪漫化，所以让我们诚实地说清：什么会发生、什么不会。粒子并没有“借来”能量再还回去；它没有得到什么神奇的加速；它也不是作为一个小球“在墙内”挤过某条缝。自始至终，唯一存在的就是波函数，而波函数只不过在另一侧具有一个很小的幅度。当你最终去看时，你找到的是整个、普普通通的粒子，要么在近侧、要么在远侧——绝不会半卡在墙里。隧穿是一句关于概率的陈述，而不是一个粒子挤过某根管子的画面。
尤为关键的是，能量从未被违反。在另一侧冒出来的粒子，所拥有的能量与它出发时一模一样——隧穿既不让它增能、也不让它失能。看似不可能的事，只是在“粒子是个有确定位置的坚硬小球”这一经典假设下才不可能。一旦你接受它其实是一段“尾巴拒绝骤然归零”的波，就根本没有任何不可能的事发生过。带着这幅诚实的图景，下一篇我们将告别这些玩具般的墙，去看看隧穿究竟在何处实实在在地运转着这个宇宙。