去年（2025年）诺贝尔物理学奖授予了三位科学家，他们是师生关系（约翰·克拉克、米歇尔·德沃雷和约翰·马丁尼斯），表彰他们在量子研究上的贡献
获奖原因：在宏观领域发现了量子隧穿和电路能量量子化。这个发现伟大之处在于：如果宏观维度能实现隧穿，意味着人就可能穿墙而过。人类研究穿墙术历史悠久，古代有中国崂山道士穿墙、现在有哈利·波特穿越9¾车站，穿墙术是人类长久的梦想。获奖成果是20世纪80年代完成的，只不过今年才获奖而已，所以并不是最新的理论成果。
获奖人关系：三人是师徒关系，更是取长补短的协同伙伴。①克拉克是老师，在约瑟夫森结领域经验丰富，是总控角色。②学生德沃雷有低温物理研究背景，负责打造低温超导环境。③学生马丁尼斯擅长量子领域，近40年来一直深耕量子计算机领域，曾出任谷歌“量子人工智能”负责人。
主要内容：成果为两篇发表于1985年论文。①6月投稿的论文《零电压状态下的电流偏置约瑟夫森结中的能量量子化》（Energy-Level Quantization in the Zero-Voltage State of a Current-Biased Josephson Junction, Phys. Rev. Lett., 55, 1543, 1985）首次确认了约瑟夫森结中存在量子能级的分立现象，再次验证了“六太保”玻尔的轨道量子化能量跃迁假说。②7月投稿的论文《零电压状态下的电流偏置约瑟夫森结中宏观量子隧穿测量》（Measurements of Macroscopic Quantum Tunneling out of the Zero-Voltage State of a Current-Biased Josephson Junction, Phys. Rev. Lett. 55, 1908, 1985）发现了宏观量子隧穿，是人类首次发现宏观量级上的隧穿效应。
机制机理：什么是量子穿墙（量子隧穿）？看图说话。
（左边是经典世界，物体不可穿墙；右边为量子世界，可以“穿墙”）
左边图是宏观世界，如果球的动能＜墙壁势垒的能量，毫无疑问，球无法穿墙，这时候阻力主导。当然详细来讲，不能穿墙受到静电斥力、泡利不相容原理、凝聚态化学键刚性结构元素等制约，听起来复杂，但现实生活中，小孩子都知道，人不能穿墙，否则就得头撞南墙。
右边图是微观世界，到10⁻⁹ m以下的尺寸，神 奇的事儿发生了。即使小球能量＜势垒能量，按照“十太保”薛定谔的波动力学方程，粒子小球仍有一定概率穿透势垒。这就是量子力学的神奇之处，因为微观尺度的粒子既有波动属性、又有粒子属性，原则上它能出现在任何地方，只不过概率有大有小而已。“十一太保”波恩用|ψ|²来表示量子概率密度。
微观的量子尺度：怎样的尺度才是所谓的量子尺度呢？通常讲要小于纳米级别，也就是＜10⁻⁹ m，为什么是这个尺度？因为当粒子的德布罗意波长≥自身尺寸时，量子效应（如叠加态、量子隧穿等）会主导其行为；若德布罗意波长远小于自身尺寸，就是牛顿为代表的经典力学的天下。回顾一下“七太保”德布罗意的物质波公式：λ=h/p（λ为德布罗意波长，h为普朗克常数6.626×10⁻³⁴J·s，p=mv为动量）。举个例子：①微观领域：以电子为例，电子的λ值很小，和原子尺寸差不多（以当下科技水平，无法测量电子直径，所以引用原子直径对比），这时主要表现为量子效应。②宏观领域：以子弹为例，其空气中穿梭的动量p可以估算（p=mv：m质量10g，v速度1000m/s），代入λ=h/p方程，λ≈6.6×10⁻³⁵m，远小于子弹的厘米级尺寸10⁻²m，此时主要表现为经典力学的状态（并非没有量子性）。
宏观维度如何实现量子穿墙？3个关键词：低温超导、库珀对、约瑟夫森结。
三位获奖者在超低温环境下，通过电流偏置的约瑟夫森结（超导体→绝缘体→超导体）构建了一个宏观尺度的量子电路系统。超低温环境是为了实现超导，改变导体中原本杂乱无章、产生热消耗的状态，减少了隧穿阻力。而后，为了克服“九太保”泡利的不相容状态，将具有费米子属性的电子想办法变为具有玻色子状态的粒子，让自旋相反的电子配对为总自旋为0的库珀对，从而摆脱“怼王”泡利的不相容阻碍，就出现了量子隧穿效应。系统能够从零电压的亚稳态通过宏观量子隧穿自发跃迁至有电压的状态。这意味着宏观系统可作为整体表现出量子行为。
意义：该发现不仅深化了人类对量子物理基本规律的理解，也推动了包括量子计算、量子通信与量子精密测量在内的新一代量子技术的发展。1925年是量子力学成型年，2025年是其100周年纪念，这时颁发诺贝尔奖挺有意义。
后记：虽然人类在宏观维度发现了量子穿墙现象，但不要以为你可以学会穿墙术，人类穿墙这件事能够发生的概率极低。有多低？10^36（次）可能成功一次，下一章来探讨。来古北，见自己，观自在。我是伯凡，欢迎来古北水镇和我一起参悟生活之美，小黄车为您准备了优惠链接。下一期与您探讨穿墙术的概率与甲骨文表达。
（作者：伯凡；施雅馨）
参考视频：量子力学简史之“十三太保”，论自由意志与宿命论——《老子与量子力学》
