科学家利用量子隧穿违反了狭义相对论 让光突破了速度限制

众所周知，光速与任何速度叠加，得到的仍然是光速。根据爱因斯坦狭义相对论，任何物质在任何状况下的速度都不会超过光速-- 299,792,458米/秒。从理论上说，如果超过光速，时间将会出现倒流。速度的合成不遵从经典力学的法则，而遵从相对论的速度合成法则。可以说目前，光速是无法改变和超越的。

但是日前两位德国科学家声称，利用量子隧穿效应（quantum tunnelling），他们找到了让光突破自己速度限制的方法。

所谓量子隧穿效应是一种量子特性，是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。又称隧穿效应，势垒贯穿。所谓势垒，指的是电子不易穿过的壁垒，比如在两块金属（或半导体、超导体）之间夹一层厚度约为0.01nm的极薄绝缘层，构成一个称为“结”的元件。设电子开始处在一边的金属中，可认为电子是自由的，在金属中的势能为零。由于电子不易通过绝缘层，因此绝缘层就像一个势垒。

隧道效应无法用经典力学的观点来解释。而阿尔法衰变就是因为阿尔法粒子摆脱了本来不可能摆脱的强力的束缚而“逃出”原子核。因电子的能量小于区域Ⅱ中的势能值U0，若电子进入Ⅱ区，就必然出现“负动能”，这是不可能发生的。

据了解这两位德国科学家的实验是让微波光子粒子通过两个棱镜并进行观测得出。当两个棱镜分开时，大部分粒子都被第一个棱镜反射然后被探测器发现。但是，他们发现，有部分粒子却“隧穿”过了两个棱镜之间的间隙并被第二个棱镜反射回到探测器。尽管这部分粒子比大部分粒子穿越的距离要长，但是，两部分粒子却是同时被探测器发现。这也就是说，产生“隧穿”的光子粒子的速度超出了光速。

正常情况下，粒子无法穿过这些“墙壁”，但如果这些粒子足够小，这一切就可以发生。在放射性衰变发生时、在很多化学反应中以及在扫描隧道显微镜内都会出现这种量子隧穿效应，这是因为根据量子力学，微观粒子具有波的性质，因而有不为零的概率穿过这些“墙壁”。

德国科布伦茨大学教授Gunter Nimtz表示：“目前，这是唯一违反狭义相对论的一种现象。”

而扫描隧道显微镜是量子隧穿效应的主要应用之一。扫描隧道显微镜可以克服普通光学显微镜像差的限制，通过隧穿电子扫描物体表面，从而辨别远远小于光波长的物体。

科学家表示：“告诉电子如何穿过‘墙壁’的技巧是让光同电子‘联姻’。”这场“联姻”是“命中注定”的，因为光以共振腔光子的形式出现，科学家们将一束光捕获在镜子之间，让其在镜子间来回反弹，光把电子夹在中间，让电子振动穿过墙壁。相关研究人员指出：“这场‘婚姻’产生的后代实际上是新的不可分割的粒子，这些粒子由光和物质组成，可以自由地通过像平板一样的半导体‘墙壁’而消失。”科学家表示，新粒子的独特特征之一是它们会朝一个特定的方向延伸，而且它们之间也存在着强烈的相互作用。

目前人类还处于量子力学的摸索阶段，量子隧穿的真实秘密未完全解开，但至少让人类看到了一丝曙光。