3 分鐘影片簡單解釋量子穿隧效應,加拿大 17 歲少女奪下青少年突破挑戰獎冠軍

作者 | 發布日期 2020 年 12 月 09 日 21:41 | 分類 尖端科技 , 科技教育 , 科技趣聞 Telegram share ! follow us in feedly


量子力學是非常艱深的學問,由於與古典物理概念完全不同,量子力學理論在解釋上往往充滿專有名詞和抽象概念,但最近加拿大一名 17 歲學生以 3 分鐘影片巧妙地簡化複雜量子力學概念,也成功奪下青少年突破挑戰獎。

青少年突破挑戰獎(Breakthrough Junior Challenge)是 Facebook 創辦人祖克柏夫婦、可汗學院(Khan Academy)和數位學者在 2015 年共同創立,是被稱為「科學界奧斯卡」突破獎的青少年版本活動。

活動每年都會邀請全球 13-18 歲學生提供原創影片,嘗試運用富有想像力的方式解說生命科學、物理學或數學概念及理論,讓大眾更容易理解並產生興趣。今年活動共吸引到 124 國 5,600 多名學生參賽,9 月時已縮小到 30 名準決賽選手,他們所創作的影片吸引了超過 200 萬人觀看。

在這些人當中,加拿大 ÉcoleMcTavish 公立高中 17 歲學生 Maryam Tsegaye 以電玩為例解釋了複雜的量子穿隧(Quantum tunnelling)概念,其深入淺出的形容也為她奪下今年的冠軍。

量子穿隧是一種量子力學效應,在這種現象中,像電子般的次原子粒子(subatomic particles)可以穿越高度大於粒子總能量的位勢壘,除了是太陽核融合的關鍵機制,量子穿隧理論也被廣泛應用在半導體、超導體研究領域中。

如果看完覺得不能理解,不如聽聽 Maryam 的形容:基本上這就像是她弟弟在電子遊戲中使用作弊代碼,讓角色能夠穿越遊戲中牆壁的行為,只是量子穿隧效應並不是作弊。

▲ Maryam 在影片中將次原子粒子形容為難以捉摸、有著承諾恐懼症的雙重人格者,有時表現像個粒子有時又表現像個波動。

運用動畫及巧妙的譬喻,Maryam 在 3 分鐘影片內淺顯易懂的說明了量子穿隧的原理及在生活中何處可見到這項效應,這項輕鬆有趣的解說也為她贏得了青少年突破挑戰獎最終冠軍。

由於獲得了最高獎項,Maryam 將獲得 25 萬美元(約台幣 700 萬元)大學獎學金,她的科學老師也將獲得 5 萬美元獎金,學校則將獲得價值 10 萬美元的新科學實驗室。

據 Maryam 的說法,她最初更有興趣的主題是「熵」(entropy),但直到她對量子穿隧概念產生興趣後才轉變方向。

「也許量子世界想告訴我們,當面對障礙時,我們仍有微小機會可以違背原先預期突破障礙。」

(首圖來源:pixabay