“量子隧道效應(yīng)”揭示了太空物質(zhì)的一種化學(xué)反應(yīng)機制，一直以來，科學(xué)家對一個大的謎團感到困惑不解，他們現(xiàn)在找到了解開謎團的線索。幾年以前，科學(xué)家在一個太空區(qū)域發(fā)現(xiàn)了一個巨大的氣體云，該氣體云由酒精類的化學(xué)物質(zhì)組成，橫亙綿延在太空的長度達(dá)到了2880億英里，氣體云含有的甲醇與普通的防凍液和烈酒中的酒精基本相同，宇宙太空的“超級釀酒廠”令人感到驚嘆，想象一下宇宙版諸神狂歡豪飲的場景，人們思考了一個難以回答的問題，有機分子在巨量的氣體云中如何形成？甲醇物質(zhì)如何在太空中彌散開來？

星際空間廣闊無邊，太空溫度低到接近絕對零度，依照經(jīng)典的化學(xué)原理，化學(xué)反應(yīng)在超低溫度的環(huán)境中難以發(fā)生，化學(xué)反應(yīng)只有在足夠能量的條件下才能進行，然而，經(jīng)典的化學(xué)理論解釋不通，太空物質(zhì)發(fā)生了超低溫度的化學(xué)反應(yīng)，不僅如此，科學(xué)家感到不可思議的是，在太空發(fā)生的超低溫度的化學(xué)反應(yīng)比室溫環(huán)境的化學(xué)反應(yīng)還要快。溫度驟然下降，化學(xué)反應(yīng)的速度隨之下降，低溫物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中通常帶有少量能量，分子在低溫物質(zhì)中發(fā)生碰撞的機會減少，它們重建化學(xué)鍵的功能隨之降低。

英國利茲大學(xué)的一支化學(xué)家團隊探索了在太空中發(fā)生的超低溫化學(xué)反應(yīng)，在太空低溫環(huán)境發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)可能與經(jīng)典的化學(xué)原理不相符合，這種化學(xué)反應(yīng)可能回避了經(jīng)典的化學(xué)反應(yīng)原理，或遵循了某種新的化學(xué)反應(yīng)機制。利茲大學(xué)的化學(xué)家團隊將超低溫度的化學(xué)反應(yīng)機理定義為“量子隧道效應(yīng)”，簡單說來，量子空間隧道效應(yīng)把不可能的化學(xué)反應(yīng)變成了可能，不遵循普通或經(jīng)典的化學(xué)反應(yīng)所需的標(biāo)準(zhǔn)能量。量子空間有穿越了標(biāo)準(zhǔn)能量障礙的粒子，它們在參加化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)之間自由地穿越，超低溫度的物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)得以發(fā)生。

利茲大學(xué)的化學(xué)家德韋恩·赫德和團隊成員在地面實驗室創(chuàng)造了極低溫的環(huán)境，實驗?zāi)康氖菣z驗高反應(yīng)性分子——氫氧自由基發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，科學(xué)家去年在太空中首次發(fā)現(xiàn)了有機分子氫氧自由基。氣體物質(zhì)在冷物體表面會產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，化學(xué)團隊創(chuàng)造了特別的氣體場合，利用廢棄的土星5號火箭推進器，他們將尾翼噴氣口做成了出氣口，從低溫環(huán)境的出口噴出了平行氣體，冷氣體在到達(dá)物體表面之前發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，他們仔細(xì)觀察了甲醇和作為化學(xué)物質(zhì)的氫氧自由基如何發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程。

化學(xué)團隊在超低溫的模擬實驗中發(fā)現(xiàn)，兩種化學(xué)物質(zhì)——氫氧自由基和甲醇在超低溫的環(huán)境發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，從中產(chǎn)生了甲氧基物質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)速度是室溫條件的50倍。化學(xué)團隊模擬了零下210攝氏度的超低溫環(huán)境，幾乎相當(dāng)于恒星周圍塵埃氣體的溫度，他們還將進行多次實驗，檢驗在極冷環(huán)境中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，計劃通過實驗檢驗其它甲醇類物質(zhì)的低溫化學(xué)反應(yīng)能力。長期以來，科學(xué)家低估了甲醇之類的物質(zhì)在太空極寒環(huán)境中形成的速度和對復(fù)雜分子的破壞能力。

氫氧自由基和甲醇在極寒條件下發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，甚至在超低溫度63K或零下210度的化學(xué)反應(yīng)速度明顯高于它們在200K的化學(xué)反應(yīng)速度，似乎與人們的直觀感受極不相符，有必要從從理論上給出解釋，理論解釋一旦得到證實，可以得出一個推論，即：星際間的塵埃氣體可能比以前的預(yù)想有更多的化學(xué)反應(yīng)。量子隧道效應(yīng)使得化學(xué)物質(zhì)的分子擺脫了低溫條件的制約，這些分子穿越了能量障礙，在相互碰撞過程中產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)?！蹲匀弧冯s志發(fā)表了題為“氫氧自由基和甲醇在星際溫度進行的化學(xué)反應(yīng)通過量子隧道機制得到了加速”的論文。

利茲大學(xué)的化學(xué)團隊認(rèn)為，密集的星際氣體云含有巨量的分子，氣體云內(nèi)的無電荷物質(zhì)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，需要理解的一個關(guān)鍵問題是反應(yīng)的速率。太空氣體云通常處于超低溫度的環(huán)境，存在某種激發(fā)化學(xué)反應(yīng)的機制，破除化學(xué)反應(yīng)所需要的最低能量的障礙，量子隧道效應(yīng)可能在超低溫度的環(huán)境中產(chǎn)生了激化功能。甲醇是太空中最豐富的有機分子，在太空化學(xué)物質(zhì)的觀測中發(fā)現(xiàn)了氫氧自由基，通過氫氧自由基和甲醇在超低溫條件下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)團隊發(fā)現(xiàn)它們的化學(xué)反應(yīng)速度在63K時比在200K時高出了兩個數(shù)量級。

（編譯：2021-7-2）

https://weibo.com/u/6320497409