Tuneļa efekts ir pārsteidzoša parādība, kas no klasiskās fizikas viedokļa ir pilnīgi neiespējama. Taču noslēpumainajā un noslēpumainajā kvantu pasaulē pastāv nedaudz atšķirīgi matērijas un enerģijas mijiedarbības likumi. Tuneļa efekts ir process, kurā elementārdaļiņa pārvar noteiktu potenciālu barjeru, ja tās enerģija ir mazāka par barjeras augstumu. Šai parādībai ir tikai kvantu raksturs un tā ir pilnīgā pretrunā ar visiem klasiskās mehānikas likumiem un dogmām. Jo pārsteidzošākā ir pasaule, kurā mēs dzīvojam.
Lai saprastu, kas ir kvantu tuneļa efekts, vislabāk ir izmantot piemēru ar golfa bumbiņu, kas ar zināmu spēku tiek ielaista bedrē. Jebkurā laika vienībā lodes kopējā enerģija ir pretrunā potenciālajam gravitācijas spēkam. Ja pieņemam, ka tā kinētiskā enerģija ir zemāka par gravitācijas spēku, tad norādītsobjekts pats nespēs iziet no bedres. Bet tas ir saskaņā ar klasiskās fizikas likumiem. Lai pārvarētu iedobes malu un turpinātu savu ceļu, tai noteikti būs nepieciešams papildu kinētiskais impulss. Tā runāja lielais Ņūtons.
Kvantu pasaulē lietas ir nedaudz atšķirīgas. Tagad pieņemsim, ka caurumā ir kvantu daļiņa. Šajā gadījumā mēs vairs nerunāsim par reālu fizisku zemes padziļināšanos, bet gan par to, ko fiziķi nosacīti sauc par "potenciālo caurumu". Šai vērtībai ir arī fiziskās plāksnes analogs - enerģijas barjera. Šeit situācija krasi mainās. Lai notiktu tā sauktā kvantu pāreja un daļiņa atrastos ārpus barjeras, ir nepieciešams cits nosacījums.
Ja ārējā enerģijas lauka intensitāte ir mazāka par daļiņas potenciālo enerģiju, tad tai ir reāla iespēja pārvarēt barjeru neatkarīgi no tās augstuma. Pat ja tam nav pietiekami daudz kinētiskās enerģijas Ņūtona fizikas izpratnē. Tas ir tas pats tuneļa efekts. Tas darbojas šādi. Kvantu mehāniku raksturo jebkuras daļiņas aprakstīšana nevis ar kaut kādu fizisku lielumu palīdzību, bet gan ar viļņu funkciju, kas saistīta ar varbūtību, ka daļiņa katrā konkrētā laika vienībā atrodas noteiktā telpas punktā.
Kad daļiņa saduras ar noteiktu barjeru, izmantojot Šrēdingera vienādojumu, varat aprēķināt šīs barjeras pārvarēšanas varbūtību. Tā kā barjera ir ne tikai enerģētiskiabsorbē viļņu funkciju, bet arī to eksponenciāli slāpē. Citiem vārdiem sakot, kvantu pasaulē nav nepārvaramu šķēršļu, bet ir tikai papildu apstākļi, kādos daļiņa var atrasties ārpus šīm barjerām. Dažādi šķēršļi, protams, traucē daļiņu kustībai, taču nekādā gadījumā nav cietas, nepārvaramas robežas. Relatīvi runājot, tā ir sava veida robežlīnija starp divām pasaulēm – fizisko un enerģijas.
Tuneļa efektam ir savs analogs kodolfizikā - atoma autojonizācija spēcīgā elektriskā laukā. Cietvielu fizikā ir arī daudz tuneļu izpausmju piemēru. Tie ietver lauka emisiju, valences elektronu migrāciju, kā arī efektus, kas rodas, saskaroties diviem supravadītājiem, kas atdalīti ar plānu dielektrisku plēvi. Tunelēšanai ir izcila nozīme daudzu ķīmisku procesu īstenošanā zemā un kriogēnā temperatūrā.
