완벽히 정렬된 원자들, 그럼 벽을 뚫을 수 있다고?: 양자 터널링의 비밀 / Perfekt geordnete Atome – Könnte man dann durch Wände hindurch? - Das Geheimnis der Quantentunneln

 

"벽을 뚫고 지나갈 수 있다고?" – 양자 터널링의 미스터리

1. 벽을 뚫고 지나갈 수 있다고?

우리가 일상에서 문을 통과하려면 손잡이를 돌리고 열어야 합니다.
벽을 그냥 밀고 지나가려 하면 당연히 막혀버리죠.

그런데 인터넷에서 가끔 이런 밈이 떠돌곤 합니다.

• 모든 원자가 완벽하게 정렬되면 벽을 통과할 수 있다!
• 0.0000000000000001% 확률로 나는 지금 책상을 뚫을 수도 있다!

이게 단순한 농담 같지만, 사실 양자역학에서는 비슷한 개념이 실제로 존재하는데요,
이를 양자 터널링 (Quantum Tunneling)이라고 부릅니다.

2. 양자 터널링, 대체 어떻게 가능한 걸까..?

고전 물리학에서는, 어떤 물체가 벽을 통과하려면 그 벽을 부술 만큼의 에너지를 가져야 합니다. 당연한 소리죠. 부수기 어려운 벽일수록 더욱 많은 에너지가 필요하구요.

즉, 에너지가 부족하면 벽을 넘을 수 없다는 거죠.

하지만 양자역학에서는 완전히 다릅니다.

• 전자 같은 작은 입자들은 입자이면서 동시에 파동의 성질을 가짐.
• 파동은 공간 곳곳에 확률적으로 존재할 수 있음.
• 특정한 경우, 입자가 장벽을 뚫고 지나갈 확률이 0이 아님!

즉, 입자가 장벽을 맞닥뜨려도 일정 확률로 그 벽을 넘어가 버릴 수도 있다는 것이죠.

3. 실제로 가능한 일일까?

양자 터널링은 공상과학이 아닙니다. 실제로 여러 실험에서 관찰되었는데요,

• 반도체 기술: 트랜지스터에서 전자가 터널링 효과를 일으켜 전류가 흐름.
• 태양 핵융합: 태양 내부에서 수소 원자핵이 핵융합을 하기 위해서는 강한 반발력을 이겨야 하는데, 양자 터널링 덕분에 가능함.
• STM(주사 터널링 현미경): 원자의 표면을 볼 수 있는 초고해상도 현미경인데, 양자 터널링 원리를 이용함.

즉, 우리는 이미 양자 터널링을 활용해서 기술을 발전시키고 있는 중입니다.

4. 그럼 사람도 벽을 뚫고 지나갈 수 있을까?

이론적으로는.. 모든 원자가 완벽하게 정렬된다면 우리도 벽을 뚫고 지나갈 가능성은 있긴 한데요,
하지만 현실적으로는 그 확률이 너무 낮아서 사실상 불가능하다고 보는 것이 맞습니다.

• 전자는 아주 작아서 터널링이 자주 일어남.
• 하지만 사람은 어마어마하게 많은 원자로 이루어져 있음.
• 우리가 벽을 뚫고 지나갈 확률은 우주의 수명보다 긴 시간이 걸려도 일어나지 않을 수준.

즉, 이론적으로 가능하지만, 현실적으로는 불가능한 일이라는 거죠.

결론: 벽을 뚫을 순 없지만, 우리의 기술은 이미 터널링을 활용하고 있다!

양자 터널링은 공상과학 같은 개념이지만, 이미 우리 주변에서 널리 활용되고 있습니다.
그리고 미래에는 이 원리를 이용해 더 혁신적인 기술이 등장할 수도 있겠죠.

아쉽네요, 전 언젠가 한번은 될 줄 알고 책상을 하루종일 치고 있었는데 말이죠..하하

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„Kann man wirklich durch eine Wand gehen?“ – Das Rätsel des Quantentunnelns

1. Kann man wirklich durch eine Wand gehen?

Im Alltag müssen wir eine Tür öffnen, um hindurchzugehen. Wenn wir einfach versuchen, eine Wand zu durchdrücken, werden wir natürlich blockiert.

Aber im Internet tauchen manchmal solche Memes auf:

• Wenn sich alle Atome perfekt ausrichten, kann ich durch die Wand gehen!
• Mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,0000000000000001 % kann ich gerade meinen Schreibtisch durchdringen!

Das klingt nach einem Witz, aber tatsächlich gibt es in der Quantenmechanik ein ähnliches Konzept: Es wird als Quantentunneln (Quantum Tunneling) bezeichnet.

2. Wie ist ein Quantentunnel überhaupt möglich?

In der klassischen Physik braucht ein Objekt genug Energie, um eine Wand zu durchdringen – es müsste sie im Grunde genommen zerstören.
Je stabiler die Wand ist, desto mehr Energie wird benötigt.
Wenn nicht genug Energie vorhanden ist, gibt es keine Möglichkeit, durch die Wand zu kommen.

Aber in der Quantenmechanik gelten ganz andere Regeln:

• Teilchen wie Elektronen haben sowohl Teilchen- als auch Welleneigenschaften.
• Eine Welle kann sich in einem Raumgebiet mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit aufhalten.
• In manchen Fällen gibt es eine nicht-null Wahrscheinlichkeit, dass das Teilchen eine Barriere durchquert!

Das bedeutet: Auch wenn ein Teilchen auf eine Wand trifft, kann es mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit einfach hindurchgehen.

3. Kann das wirklich passieren..?

Quantentunneln ist keine Science-Fiction – es wurde bereits in vielen Experimenten nachgewiesen:

• Halbleitertechnologie: In Transistoren erzeugt das Quantentunneln einen Stromfluss.
• Kernfusion in der Sonne: Wasserstoffkerne in der Sonne müssen starke Abstoßungskräfte überwinden – dank Quantentunneln ist dies möglich.
• Rastertunnelmikroskopie (STM): Ein hochauflösendes Mikroskop, das Quantentunneln nutzt, um Oberflächen auf atomarer Ebene zu untersuchen.

Wir verwenden Quantentunneln also bereits in unserer Technologie – und es ist essenziell für viele moderne Anwendungen.

4. Könnte ein Mensch also durch eine Wand gehen?

Theoretisch ja – wenn sich alle Atome perfekt ausrichten, dann gäbe es eine winzige Wahrscheinlichkeit, dass wir eine Wand durchdringen können.
Aber in der Realität ist die Wahrscheinlichkeit so unfassbar gering, dass es praktisch unmöglich ist:

• Elektronen sind winzig, daher tritt Quantentunneln relativ häufig auf.
• Menschen hingegen bestehen aus unfassbar vielen Atomen.
• Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Mensch eine Wand durchdringt, ist so gering, dass selbst in der gesamten Lebenszeit des Universums kein einziger Fall auftreten würde.

Kurz gesagt: Theoretisch möglich, praktisch ausgeschlossen.

Fazit: Wir können keine Wände durchqueren, aber unsere Technologie nutzt das Quantentunneln bereits!

Quantentunneln klingt wie Science-Fiction, wird aber längst in der modernen Technik genutzt.
Vielleicht bringt uns diese faszinierende Eigenschaft der Quantenmechanik in Zukunft noch revolutionärere Technologien.

Schade – ich hatte gehofft, dass es irgendwann klappt. Ich habe jedenfalls den ganzen Tag versucht, meinen Schreibtisch durchzudringen… 😅