北京时间11月2日动静,宇宙中有一些事物,在颠末足够长的时间之后,最终城市消失;但尚有另一些事物,无论我们期待多久,都调查不到丝毫衰变的迹象。这并不必然意味着它们是不变的,而是表白假如它们不不变,其寿命就会高出某个可丈量的极限。我们已经知道,大量的粒子都是不不变的,但至少到今朝为止,仍有一些粒子看起来是不变的——就我们已经可以或许丈量的精度而言。 然而,它们真的足够不变,纵然宇宙的时钟永远向前运行,也永远不会衰变吗?可能,假如我们期待的时间足够长,我们可否看到个中一些粒子,甚至所有这些粒子消失?假如一个之前被认为是不变的原子核、一个单独的质子,甚至是电子、中微子或光子等根基粒子产生衰变,对宇宙意味着什么?假如我们糊口在一个物质从基础上就不不变的宇宙中,又将意味着什么? 认为任何形式的物质都不不变的概念,实际上可以说相对新颖:科学家到19世纪末才提出了这种假说,作为放射性的须要表明。含有某些元素的物质好像会自发地发生能量,就仿佛它们是由某种内涵的引擎提供能量似的。 跟着时间的推移,科学家展现了这些回响的真相:这些原子的原子核正在经验一系列的放射性衰变。最常见的三种范例是: α衰变:原子核喷出一个α粒子,使元素周期表上的两种元素向下移动; β衰变:原子核将一其中子转化为质子,同时释放出一个电子和一个反中微子,使元素周期表上的一个元素向上移动; γ衰变:原子核处于引发态时,会释放出一个光子,并过渡到较低能量的状态。 在这些回响的最后,剩下的总质量老是小于开始时的总质量,剩下的质量通过爱因斯坦著名的质能方程转化为纯能量,E = mc^2。假如你在2003年之前就知道了元素周期表,你大概会知道铋,即第83个元素,是最重的不变元素,每一个比它重的元素都经验了某种形式的放射性衰变,直到成为真正不变的元素。 尽量铋仍然被很多人认为是“不变的”,但它其实是不不变的,将在约莫10^19年的时间标准上经验α衰变。按照2002年举办的尝试和2003年发布的功效,元素周期表已经被修订,指出铅才是最重的不变元素。但在2003年,科学家发明,铋的每一种同位素都是不不变的,包罗储量富厚、自然存在的铋209。这种同位素的寿命很是长,半衰期约为10^19年,相当于现今宇宙年数的10亿倍。由于这一发明,科学家此刻认为最重的不变元素是铅,原子序是82。可是,假如时间足够长的话,铅也大概会衰变。 在发明放射性之后的几十年里,放射性衰变产生的原因一直都没有获得很好的表明:这是一个本质上的量子进程。某些守恒定律是物理定律中不行支解的一部门,就像能量、电荷、线动量和角动量这样的量老是守恒的。这意味着,假如我们要丈量任何候选回响的回响物和生成物的这些性质,它们必需老是相等的。这些量不能自发地发生或歼灭;这就是物理学中“守恒”的意思。 可是,假如有多种组态能遵守所有这些守恒定律,它们中的一些将会比其他的更具有能量可行性。“能量可行性”就像一个从山顶滚下来的圆球。它将停在在那边?你大概会认为在底部,但不必然。大概存在着很多可以让球愣住的低点,但个中只有一处是最低的。 在经典物理学中,假如你的球被困在个中一个“假极小值”,可能一个并非最低大概组态的低点时,就会被困在哪里,除非有什么对象呈现,给了球足够的能量,使它上升到超出地址低点的界线。只有到当时,它才有时机从头开始向山下转动,并有大概最终达到更低能量的组态,或是处于最低的能量状态。 |