本文不是科普,而是物理理論的探索,所以基本概念就不解釋了。 相信大家對此都有了深刻的認識。
諾貝爾獎得主Frank (麻省理工學院物理學教授,量子色動力學創始人之一。他因發現量子色動力學漸近自由現象而獲得2004年諾貝爾獎。貝爾物理學獎。)提出了這么好的問題原子核衰變,但是目前還沒有人或文章回答這一現象背后的物理本質。
他說:
[根據量子理論,原子核可以同時處于兩種不同的狀態:未衰變和衰變。 只有當它被測量時,原子核的狀態才會塌陷到其確定的狀態之一,我們才能知道原子核是否已經衰變。 所以,可憐的貓(指著名思想實驗中的薛定諤的貓)同時是生的和死的。 它是死是活,只有在某人或某物導致原子核的量子態崩潰后才能確定。 從這個奇怪的悖論中,薛定諤意識到量子理論中缺少了一些東西。 但恕我直言,我認為這個思想實驗的奇怪部分不是貓,而是不穩定原子核的行為。
為了說明這一點,讓我們看看放射性測年法。 這是一種用于測定物體年代的驚人技術,無論是考古學中的文物還是地質學中的地層。 在天體物理學中,它可以幫助確定遙遠恒星和星云的年齡。 放射性測年法無疑是準確的,但其背后的原理卻非常奇怪。
像原子核這樣的簡單物體,或者像中子和μ子這樣的更基本的粒子,如何“知道”它們的半衰期? 為它們記錄時間的彈簧、鐘擺或電池在哪里? 這是一個奇怪的問題! ]
其實他提出的問題可以用一句話來概括:為什么原子核的衰變遵守如此嚴格的基于時間軸的指數衰變定律? 這背后的物理本質是什么規定了這條衰減率曲線呢?
衰減指數衰減曲線
在本專欄的【量子空間】理論中,給出了原子核衰變的本質,即弱力,是由引力波包對粒子體積的彈性壓縮造成的。 因此,重核比輕核更容易衰變(因其體積較大,相關請參考文章中的【空間量子化】欄目)。 據此可以推論,如果原子核處于引力場強度不斷增大的場中,其衰變速率必然根據引力場強度的變化率呈現正態分布。
什么樣的引力場可以呈現指數衰減曲線?很簡單。 它是標準的牛頓引力場。 牛頓引力場公式中的r^2正是引力勢的指數衰減曲線。
那么如何解釋核衰變曲線與引力勢衰變曲線的完全一致呢?
【量子空間】理論推演出一個有限宇宙的牛頓力學宇宙。 宇宙有一個質心原子核衰變,宇宙中所有星系都向著引力中心加速。 (根據牛頓力學,每個星系觀測到其他星系因為加速度值不同,都表現出遠離效應,這就是哈勃紅移。)那么我們銀河系也處于這個引力場中,向著中心加速宇宙的。 我們在宇宙整體引力場中的位置是不斷變化的,這與上面的引力勢是一致的。 曲線發生變化,這就是核衰變曲線和引力勢衰變曲線一致的根本原因。 它們都表現出平方反比函數關系。
這篇文章可能是物理界第一篇回答原子核衰變呈現規律指數衰變背后物理原因的文章,而不是從所謂衰變概率的數學角度來談論衰變量。 將量子科學中不可知的概率論轉化為可知的決定論。
本專欄還有一篇相關文章【關于衰減常數修正項】,大家可以參考參考。 請糾正我!