Туннель эффектісі – таңғажайып құбылыс, классикалық физика тұрғысынан мүлдем мүмкін емес. Бірақ жұмбақ және жұмбақ кванттық әлемде материя мен энергияның өзара әрекеттесуінің біршама әртүрлі заңдары бар. Туннель эффектісі деп оның энергиясы бөгет биіктігінен аз болған жағдайда элементар бөлшектің белгілі бір потенциалдық кедергіні жеңу процесі болып табылады. Бұл құбылыс тек қана кванттық сипатқа ие және классикалық механиканың барлық заңдары мен догмаларына толығымен қайшы келеді. Біз өмір сүріп жатқан әлем соншалықты керемет.
Кванттық туннель эффектісі не екенін түсіну үшін тесікке біраз күшпен жіберілген гольф допының мысалын қолданған дұрыс. Уақыттың кез келген бірлігінде доптың жалпы энергиясы потенциалдық ауырлық күшіне қарама-қайшы болады. Егер оның кинетикалық энергиясы ауырлық күшінен төмен деп есептесек, онда көрсетілгеннысан тесіктен өздігінен шыға алмайды. Бірақ бұл классикалық физика заңдарына сәйкес. Шұңқырдың шетінен өтіп, жолын жалғастыру үшін оған қосымша кинетикалық импульс қажет болады. Сонымен ұлы Ньютон сөйледі.
Кванттық әлемде бәрі басқаша. Енді тесікте кванттық бөлшек бар деп есептейік. Бұл жағдайда біз енді жердегі нақты физикалық тереңдеу туралы емес, физиктер шартты түрде «потенциалды тесік» деп атайтын нәрсе туралы айтатын боламыз. Бұл мәнде физикалық тақтаның аналогы да бар - энергетикалық тосқауыл. Бұл жерде жағдай күрт өзгереді. Кванттық ауысу деп аталатын және бөлшек кедергіден тыс болуы үшін басқа шарт қажет.
Егер сыртқы энергия өрісінің интенсивтілігі бөлшектің потенциалдық энергиясынан аз болса, онда оның биіктігіне қарамастан тосқауылдан өтуге нақты мүмкіндігі болады. Ньютондық физиканы түсінуде оның кинетикалық энергиясы жеткіліксіз болса да. Бұл дәл сол туннель эффектісі. Ол келесідей жұмыс істейді. Кванттық механика кез келген бөлшекті кейбір физикалық шамалардың көмегімен емес, бөлшектің әрбір нақты уақыт бірлігінде кеңістіктің белгілі бір нүктесінде орналасу ықтималдығымен байланысты толқындық функцияның көмегімен сипаттаумен сипатталады.
Бөлшек белгілі бір тосқауылмен соқтығысқанда, Шредингер теңдеуін пайдалана отырып, бұл кедергіні жеңу ықтималдығын есептеуге болады. Өйткені тосқауыл тек энергетикалық еместолқындық функцияны жұтады, сонымен бірге оны экспоненциалды түрде әлсіретеді. Басқаша айтқанда, кванттық әлемде еңсерілмейтін кедергілер жоқ, тек бөлшек осы кедергілерден тыс болуы мүмкін болатын қосымша шарттар ғана бар. Әртүрлі кедергілер, әрине, бөлшектердің қозғалысына кедергі келтіреді, бірақ ешбір жағдайда қатты өтпейтін шекаралар болмайды. Салыстырмалы түрде айтатын болсақ, бұл екі әлем - физикалық және энергия арасындағы шекараның бір түрі.
Туннель эффектісінің ядролық физикадағы аналогы бар - қуатты электр өрісінде атомның аутоиондануы. Қатты дене физикасы да туннельдеу көріністерінің мысалдарына толы. Оларға өріс эмиссиясы, валенттік электрондардың миграциясы, сондай-ақ жұқа диэлектрлік пленкамен бөлінген екі асқын өткізгіштің жанасуында пайда болатын әсерлер жатады. Төменгі және криогендік температураларда көптеген химиялық процестерді жүзеге асыруда туннельдер ерекше рөл атқарады.
