微观世界的原子及其更小粒子有生死存亡吗,它们的寿命有多长
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这个世界没有不朽的事物,死亡是必然的,生存是相对的。
因此所有的事物都是有寿命的,包括我们及其一切存在的宇宙,也是有寿命的。粒子和原子当然也有寿命,不过不能够以人类寿命的性质来衡量,但它们的寿命也有长有短,有的很可能与宇宙共存亡,有的就在一瞬间。
粒子有生无死,只会衰变。因此其寿命不能以生死来论,而是指粒子产生后到衰变时为止存在的时间。粒子衰变是一种粒子变成其他粒子的自发过程,在这个个过程中,原来的粒子会变成更轻的粒子和一中间粒子,而中间粒子会随即变成其他粒子。
这种粒子存在到衰变的时间间隔就是粒子的寿命。单个粒子是无法预测其衰变时间的,而是整体统计学上的时间,因此只能说是某种粒子的整体寿命。
原子的寿命与粒子寿命界定略有差别。因为原子以元素的方式存在于宇宙中,它们不会一下子从某种物质变成另一种物质,而是渐变过程,因此就是以它们衰变一半为一个周期计算寿命的。
这种衰变亦称“蜕变”,指放射性元素放射出粒子而转变为另一种元素的过程。衰变有三种,即α衰变、β衰变和γ衰变,在衰变过程中,原子核的数目逐渐减少,到达这种原子的数目一半时为一个周期。
这个周期就是所谓的半衰期。
每种放射性核素都有其特定的半衰期,由几微秒到数十亿年不等。
元素半衰期是以100%开始,以衰减一半为一个寿命周期。按每个周期衰减一半我们可以得出:第一个周期衰减50%,只剩下50%;第二个周期只剩下25%;第三个周期只剩下12.5%;第四个周期剩下6.25;第五个周期剩下只剩下3.125%;以此递减为1.5625%、0.78125%、0.390625%、0.1953125%。到了第十个周期就只剩下0.09765625%。
放射性元素通常认为在经过30个周期半衰期后,放射性已减至原来的十亿分之一,基本无法被探测到,也就没有危害了。只有一个原子还存在,就不能认为衰变完成,因此理论上认为一个元素衰变是永远无法完结的。只是随着衰变周期的增多,原来元素的量就会会越来越少,少到一定程度就可以忽略不计了。
这也是人们在已知某种元素半衰期前提下,可以通过检测这种元素残存的量,得知这种物质存在了多长时间的原理。但衰变周期是人们在统计学意义上测量的结果,并不能代表某一块元素的精确衰变状态。
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粒子的科学定义。
何谓粒子?科学的定义是指能够以自由状态存在的最小物质。科学出现早期,人们把原子作为粒子,后来发现了原子是可以拆分的,由中子、质子、电子组成,这些才是更基本的粒子,于是把电子、质子、中子称为基本粒子。
再后来发现了越来越多的粒子,如介子、夸克、轻子、强子族等,现在已经累计超过几百种了,而且还有不断发现的趋势,有些粒子里面还有结构,有些还没有发现其有内部结构,因此它们并不属于同一层次,称为基本粒子并不准确,于是人们把这些统称为粒子,废弃了基本粒子的称呼。
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粒子有些不会衰变,有些会衰变。
光子、电子没有发现其衰变的迹象,因此它们被认为寿命是无限的;质子可能会衰变,但迄今人们并没有确切获得其衰变的证据,但有一些研究认为,质子还是会衰变的,只是衰变时间超长,估计达到10^35~10^100年。
这是一个什么时间概念呢?是1000亿亿亿亿~12个亿叠加的年数。宇宙有这么长的寿命吗?现代宇宙宿命模型没有一个有这么长寿命的。那这个质子寿命与无限长有什么区别呢?我们吃瓜群众认为没有,但科学研究就有一些这样的“杠精”,不会衰变就是不会衰变,寿命就是无限的;会衰变就是会衰变,寿命再长也不是无限的。这就是科学精神。
当然说质子会衰变或不会衰变的科学家们不是吃瓜群众,瞎子估水,一担两桶,而是都有一套复杂的论证计算理论系统,很复杂,我们科普就没必要去云里雾里了解了。
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会衰变的粒子里面中子寿命算长的了,其余的都非常短。
中子在原子核里还是比较稳定的,寿命与原子共存亡。会衰变的中子是指脱离原子核自由存在的中子,这种中子平均寿命为885.7±0.8秒,也就是约15分钟。
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