宇宙中任何東西都是有壽命的,那麼原子、原子核、中子、電子和質子的壽命各是多久?

谷哥195


這個問題太難了,物理學尚無邏輯自洽的統一計算模型,屬於超現代物理學,不妨超一下?

迄今尚無粒子壽命的統一定義與分類。

其一,放射性元素壽命,指最終分解到非放射性元素的時間,不涉及質子進一步分解。半衰期公式:N=N0*½^(t/T),M=M0·½^(t/T),其中,N/M是衰變後的核子總數/總質量,N0/M0是衰變前的核子總數/總質量,t是衰變時間,T是半衰週期。這個不難理解。

其二,質子與電子的壽命,其定義尚不明確。由於質子在通常情況下極其穩定,傳統認為質子的壽命是無限長的。換句話說,質子與電子是宇宙固有的、永恆不變的。

其三,不過,“強弱電統一理論”認為,質子與電子也是非永恆的,請參閱下面的引用資料。

1974年喬治Georgi和格拉肖Glashow提出強弱電三種相互作用力的SU(5)大統一理論:質子是不穩定的,質子壽命1e28~2.5e31年。預言:質子可電荷量子化,所有電荷應是e/3的整數倍;推測:若證實質子會衰變,大約1e35年後,宇宙萬物變成極其稀薄±電子的等離子體。

我認為,SU(5)統一論是熵增加原理的演繹,有建樹,但不完備。因為她沒有或無法考慮宇宙真空場的萬有引力,這一不可或缺的要素。

宇宙微波背景是等離子體的最終歸宿

其一,宇宙空間,存在最大熵的超真空超低溫的真空場介質,即宇宙微波背景物質,簡稱基態場物質,對應的場量子是基態引力子。按實測數據:其溫度T=2.725K,波長λ=7.35cm,頻率f=4e9Hz,計算引力子體積V=4.2·(λ/2π)³。據熱二定律有m=3kT/c²,可推引力子的質量:m=1.26e-39kg。

其二,基態場量子或引力子,意味著熵最大,基本粒子分解到最均勻分佈的最小物質單元。在基態環境下,所有玻色子,包括光子與介子等,所有費米子,包括電子、質子、α粒子等,將一律分解到可全同化的基態引力子。這是一個極其漫長的衰變歷程。

等離子體與光子衰變為引力子的時間

可以“電子與光子壽命的分析計算”作為其它粒子壽命的估算依據。

電子的歷史旅程:原子核外的約束電子→地球輻射帶的自由電子→變態為深太空環境的電磁波光子→分解為宇宙背景輻射的引力子。

物理常識告訴我們:固體晶胞物質的揮發性,取決於原子內部結構與外部飽和蒸氣壓。

在上千公里的大氣層上界,氣體分子將揮發為等離子體。

在數萬公里的地球輻射帶,大質量的陰離子將分解為自由的質子與中子,中子會在15分鐘變成質子、電子與中微子。

在數億公里的深太空,電子可突變為臨界光子,波長為電子康普頓波長,即臨界波長:λ*=2.42e-12m,相應的:f*=1.24e26Hz,m*=0.911e-30kg。

可見,從電子衰變為光子,不妨設想到到太陽系的邊緣,大約1光年。若電子速度0.001c,也就1000年,幾乎可以忽略不計。

下面考慮光子的衰變歷程。這涉及哈勃定律與熱力學紅移。篤信大爆炸的讀者可跳過。

請看下面引文,我對哈勃常數的解釋。

電磁波的紅移公式是:f'=f(c-v')/(c+v)。其中,f':是哈勃望遠鏡測得的紅移頻率,f是類星體輻射的初始頻率,v'是望遠鏡的速度,v是類星體的速度。 哈勃退行常數換算:H0=73km/s/Mpc =0.002m/s/ly,意思是:若光每走“1光年”,類星體就加速退行“2毫米/秒”;若光每走“1億光年”,類星體就加速退行“200千米/苗=0.00067c”。 設哈勃望遠鏡運動速度:v'=0,波長就伸長λ'/λ=(c+v)/c=1.00067倍。這就是類星體的熱核反應減弱所對應的1億光年的紅移梯度。 顯然,1億光年的電磁波僅僅降頻0.67‰,這對於探索宇宙的人類而言,幾乎可謂永恆。可見極其緩慢的電磁波紅移降速幾乎可以忽略,仍舊按正常紅移即可。

引文與本文相關的關鍵是:電磁波每走1億年,則降頻0.67‰,光每降頻100倍需15億年。

假設,從臨界頻率“f*=1.24e26Hz”降到最低頻率f0,其最大光子體積V0視同6.4億個引力子的體積:V0=6.4e8×4.2×1.17³=43m³,則光子半徑按:r0³=V0/4.2=³√10,r0=2.2m,則光子最低頻率:f0=c/λ0=c/2πr0=2.17e7Hz。

降頻倍數=f*/f0=1.24e26/2.17e7=5.7e16。臨界光子的壽命:t=(5.7e16/100)×15=8.6e23年,即:t=2.7e31秒。相當於電子與質子的壽命,大約為“1e24億年”,相當於光子在宇宙中走了“1億億億光年”。


物理新視野


原子和原子核:

先說原子,原子的壽命有一個專門的名詞:半衰期。它是指一類原子的原子核半數發生衰變,變成其它類原子的過程,每類原子的半衰期都不一樣,具體參見下方,最長的要45億年:

原子核的衰變方式之一:一個原子核釋放一個α粒子(由兩個中子和兩個質子形成的氦原子核),並且轉變成一個質量數減少4,核電荷數減少2的新原子核。

釙(Po)215:0.0018秒

鍶(Sr)90:30年

釙(Po)216:0.16秒

銫(Cs)137:30年

鉍(Bi)212:1小時

鐳(Ra)226:1620年

鈉(Na)24:15小時

碳(C)14:5730年

碘(I)131:8天

鈈(Pu)239:24000年

磷(P)32:14天

氯(Cl)36:400000年

鐵(Fe)59:90天

鈾(U)235:7.1億年

釙(Po)210:3月

鉀(K)40:13億年

鈷(Co)60:5年

鈾(U)238:45億年

氚(H3):12年


中子和質子:

中子要分兩種情況,一種是因為某些原因脫離原子核的自由中子,平均壽命只有差不多 15 分鐘,它會很快衰變為三個更輕的粒子,即質子、電子及反中微子。

而在原子核內的中子和質子非常的穩定,特別是質子,曾有科學家認為,核內質子的壽命可以跟宇宙同齡(實驗已測得的質子壽命大於10的33次方年。)

這是因為原子核的庫侖力束縛著它們,它們衰變釋放的能量並不足以讓它們逃離(要知道,粒子越小,所受的力就越明顯)。

但它們確實也是可以衰變的。如氚核中的中子可以通過衰變轉化為質子。

電子:

電子是最為基本的粒子,目前還無法再分解為更小的物質。質子已經夠小了,但它的質量約為電子質量的1836倍。粗略地說,粒子越小壽命就越高,所以,電子的壽命是要比質子還要長的。說跟宇宙同齡,也麼錯。

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科學重口味


物質的壽命,是物質在空間中運動存在的時間,也就是存在本物質不變成其它物質。也可以用本相這個詞,但還是用元素恰當。

元素也是有存在時間的。但其存在時間與其存在空間成正比。空間越大,壽命也越大,空間越小,壽命也越小。

元素存在的主要時間標緻是原子核的存在,而原子核是場作用力的主要體現。在宇宙深處存在一些很強大的場,元素物質太靠近這種場的時候,場作用力可以撕碎元素的原子核,此時為物質元素的壽命終結。大星系碰撞就屬於其中的一種物質壽命終結形式。


棋勝正和


《黃帝內經》上把形神列為辯證關係,有了形體,才有“神”,也就是有所謂智能,亦或神明、生命的動植物等才有所謂的壽命。

而原子,原子核,電子等微粒,是組成物質的基本微粒。是微觀世界。物質是不能被消滅的,它只是從一種形式轉化成另一種形式,“壽命”用在物質上,並不嚴謹。

宇宙都是會衰落的,物質也不例外。原子,原子核都有半衰期,我想那就是物質的塌陷期,勉強理解為物質的“壽命”,那是一個漫長的過程,應該以億年為單位了,人類是否存在都是個問題。

關於物質,能量,靈魂等,至今仍未有定論。科學有待發展。比如說組成物質目前人類所知的是夸克,而組成夸克的是能量,意識是否是能量的一種?諸如此類吧,關於宇宙,人類所知甚少或者可以說也許我們一無所知。


醉清弦A


物質是不滅的,以兩種形式存在運動和靜止,運動則有形可感知靜止則無形不可感知,所以生死有無只是人類的一種識見並不是實相,心物的本元是無生滅的。


陽光明貞


所謂《壽命》,應該說的是《時間》。俄國科學家羅蒙諾索夫創立了物質不滅定律。物質的不滅,體現在可以轉化。

化學反應就是最好的例子。參與反應的《反應物》,在一定的條件下,原子或離子,往往通過《電子的得失》,或組成《共價鍵》的形式,形成新的物質。這一過程,電子的壽命並未終結。

再如核反應為例,無論是原子彈爆炸發生的鏈式反應,還是說氫彈涉及的熱核反應,原子核內的中子和質子,只是重新組成新核,但並沒有《喪命》,而依然《活著》。


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