2025年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了約翰·克拉克、米歇爾·H·德沃雷和約翰·M·馬蒂尼斯三位科學(xué)家，表彰他們?cè)?發(fā)現(xiàn)電路中的宏觀量子力學(xué)隧道效應(yīng)和能量量子化"方面的開創(chuàng)性工作。這項(xiàng)聽起來(lái)像是科幻小說(shuō)的發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上正在改變我們對(duì)量子世界的理解，甚至可能為未來(lái)技術(shù)開辟全新道路。

量子隧穿效應(yīng)并非全新概念，科學(xué)家們?cè)缭诮粋€(gè)世紀(jì)前就發(fā)現(xiàn)了微觀粒子能夠"穿過(guò)"經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為不可能越過(guò)的能量壁壘的現(xiàn)象。然而，將這種現(xiàn)象擴(kuò)展到宏觀尺度——即在肉眼可見的電路中觀察到量子行為——?jiǎng)t是完全不同的突破。三位獲獎(jiǎng)科學(xué)家通過(guò)精巧的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，成功在由數(shù)十億原子組成的系統(tǒng)中觀測(cè)到了量子隧穿效應(yīng)。

他們采用了一種稱為"約瑟夫森結(jié)"的裝置：將兩個(gè)超導(dǎo)體用極薄的絕緣層隔開，就像在兩扇門之間夾了一堵極薄的墻。在常規(guī)條件下，電子會(huì)像散漫的孩子一樣在一定范圍內(nèi)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，形成所謂的"概率云"。令人驚奇的是，總有一些電子能夠神奇地"穿過(guò)"這堵絕緣墻，出現(xiàn)在另一側(cè)的超導(dǎo)體中。

當(dāng)科學(xué)家們將這個(gè)系統(tǒng)降溫至接近絕對(duì)零度時(shí)，發(fā)生了更加奇妙的現(xiàn)象。電子不再表現(xiàn)為獨(dú)立的粒子，而是形成了一個(gè)協(xié)調(diào)一致的"整體團(tuán)"，它們的概率云范圍顯著擴(kuò)大。這意味著大量電子能夠集體"隧穿"絕緣屏障，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的宏觀量子隧穿。這種現(xiàn)象挑戰(zhàn)了我們對(duì)經(jīng)典物理與量子物理界限的傳統(tǒng)認(rèn)知。

這種集體量子行為類似于芭蕾舞團(tuán)中舞者們的完美同步——當(dāng)溫度足夠低時(shí)，所有電子開始以高度協(xié)調(diào)的方式運(yùn)動(dòng)，完全不同于常溫下各自為政的混亂狀態(tài)。這種協(xié)調(diào)性正是宏觀量子效應(yīng)的核心特征，也是三位科學(xué)家獲獎(jiǎng)的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)。

宏觀量子隧穿效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)不僅具有理論意義，更蘊(yùn)含著巨大的應(yīng)用潛力。最直接的受益領(lǐng)域是量子計(jì)算——約瑟夫森結(jié)已經(jīng)成為超導(dǎo)量子比特的基礎(chǔ)構(gòu)建模塊。谷歌、IBM等科技巨頭正在開發(fā)的量子處理器都依賴于這一原理。

更長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這項(xiàng)研究可能為"量子工程"開辟道路。想象一下，如果能夠在更大尺度上控制和利用量子效應(yīng)，我們或許能夠開發(fā)出具有革命性性能的新材料，甚至實(shí)現(xiàn)目前只存在于科幻中的技術(shù)，如理論上的人體量子傳輸（雖然這還需要無(wú)數(shù)技術(shù)突破）。

我們?nèi)梭w就是電子和量子組成的，既然這一大坨電子可以穿墻，那么人體穿墻也不是不可能，當(dāng)然可能是很久以后的事兒了。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)也引發(fā)了深刻的哲學(xué)思考：在什么程度上，宏觀世界與量子世界的界限可以被打破？我們通常認(rèn)為量子效應(yīng)只存在于原子尺度，但這項(xiàng)研究表明，在適當(dāng)條件下，量子行為可以在更大尺度上顯現(xiàn)。這挑戰(zhàn)了我們對(duì)現(xiàn)實(shí)本質(zhì)的理解，暗示宇宙可能比我們想象的更加奇妙和不可預(yù)測(cè)。

2025年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)不僅表彰了一項(xiàng)杰出的科學(xué)成就，更向公眾展示了基礎(chǔ)研究如何能夠拓展人類知識(shí)的邊界，并為未來(lái)技術(shù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。量子隧穿效應(yīng)從微觀到宏觀的跨越，或許只是人類探索量子世界奧秘的一個(gè)開始，等待著更多科學(xué)家去揭示這個(gè)奇妙領(lǐng)域的新秘密。