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在經典圖象下，如果一個粒子被束縛在某種勢場中，并且不具備足夠大的動能，粒子是不能脫離這個勢場的束縛的。例如，人在地面上跳一下，是跳不出地球的。要想跳出去，必須具有足夠大的初動能。而在量子世界中，存在一種效應叫做隧道效應，用白話來說就是，即使粒子的能量低于勢場的勢壘能量，粒子也有一定幾率穿透這個勢壘。打個比方，勢壘好比一堵墻壁，粒子好比一個人，人最大能跳的高度低于墻壁的高度。在經典觀念中，人不可能到達墻壁另一惻，但在量子世界中，人卻可以達到另一惻了，就好比在墻壁上穿了個隧道一樣。微觀量子世界里的這種現象 稱為隧道效應（tunneling effect)。根據隧道效應，可以得到如下結論：物質中的電子并不是局限在物質的幾何范圍之中的，電子有一定的幾率存在于物質之外。例如一個平板形的物質，電子的密度不是在板的表面突然變為0，而是從板表面開始，電子密度e指數規律減小。如果把一個導電探針接近板表面，即使沒有和板真正接觸，也會由于表面之外電子的存在而使探針中出現微弱電流。這種電流雖然很弱，但現代科技已經可以測出了。掃描隧道顯微鏡就是根據上述考慮制造的，讓探針在板表面移動，探針中的電流就會出現強弱的變化。強說明探針距離物質原子比較近，反之比較遠。在肉眼看來平滑的表明，在掃描隧道顯微鏡下，不在是平的了，而是凹凸的。因此，通過掃描隧道顯微鏡可以測出物質表面原子的分布情況。對具有特殊性能的材料的機理研究很重要。廣泛應用于 材料、物理、化學和生物等領域。一臺用于科學研究的掃描隧道顯微鏡價值一般近一百萬元。