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


答:每種粒子的平均壽命不同,有些粒子的平均壽命甚至趨近於無限。


有些原子核是不穩定的,會衰變為其他物質,比如碳-14會衰變為氮-14;衰變物質存在一個半衰期,指衰變物質有半數發生衰變所需要的時間,碳14的半衰期為5730±40年。

表示1克的碳-14,經過大約5730年後,就只剩下0.5克碳-14,另外0.5g衰變成了氮-14。


對於單個粒子,物理學中更常用“平均壽命”,而非半衰期來描述粒子的存在時間,兩者關係為平均壽命 = 半衰期 / ln2。

比如,一些粒子的平均壽命為:

電子:平均壽命無限;

光子:平均壽命無限

自由質子:至少為10^35年;

鈾-238:65億年;

氚核:約17年;

自由中子:約15分鐘;

π介子:250億分之一秒;

μ子:0.0000022秒;

……

其中自由中子的平均壽命大約15分鐘,衰變產物是質子、電子和反中微子;但是在原子核中的中子,會變得穩定。

質子的平均壽命非常長,理論預言質子也會發生衰變,坐落在日本的超級神岡探測器,最初就是為了研究質子衰變而建設的,裡面有5萬噸超純水,周圍上萬根光電倍增器,用來探測質子衰變時的蹤影。

經過近十年的觀測,只發現了一些疑是質子衰變的現象,無法準確測定質子的半衰期,最終得到質子平均壽命下限為10^35年的結論,這比我們宇宙年齡還長一億億億倍。

超級神岡探測器用來探測質子衰變的實驗,算是失敗的,但是卻意外地捕捉到了許多超新星爆發時放出的中微子,尤其是1987A超新星爆發事件,後來該項目也轉為對中微子的探測項目,而質子衰變現象,至今乃是科學上沒有解決的問題。


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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


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”。

好了,本答stop here。請關注物理新視野,共同切磋物理邏輯與中英雙語的疑難問題。


物理新視野


回答這個問題之前,我們先來看看以下概念。原子是一種元素能保持其化學性質的最小單位,原子由原子核和繞核運動的電子組成,它是構成一般物質的最小單位,又稱為元素,具有核式結構。原子核是原子的核心,由質子和中子構成。中子是組成原子核的核子之一,它是構成原子核不可缺少的部分。電子是帶有負電的亞原子粒子,屬於輕子類。質子和電子一樣,也是一種亞原子粒子,只不過它帶正電荷,屬於重子類。



原子的壽命被稱為半衰期,是原子的原子核發生衰變的過程。原子又稱為元素,我們都知道化學元素有許多,所以各原子的半衰期也不會一樣,其中,最長的原子(元素)壽命為45億年,而最短的原子(元素)壽命僅為0.0018秒。


中子這個概念是由盧瑟福提出的,1932年在B.查德威克的實驗中得到了證實。自由中子是不穩定的粒子,它會衰變為質子,從而放出電子和反中微子各一個,它的平均壽命為896秒。

電子作為最微小的粒子,它的質量比質子還小很多,據研究,粒子越小壽命也就越長,所以說,電子比質子壽命更長久,可以說它的壽命有多長,我們都無法測量,總之知道它壽命很長很長就夠了。


迄今為止,質子一直被認為是穩定並且不衰變的粒子,但也有人認為它會發生衰變,並且壽命很長。質子的反粒子是反質子。它的半衰期最短也是1035年,也是相對穩定的。

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時間史


這是典型的“以哲學觀念指導科學研究”的荒唐事例。先以哲學觀念斷言“宇宙中任何東西都是有壽命的”,再推論提出那些微觀粒子的壽命問題。純屬不懂物理的“亂命”。

物理學研究,本質上是“實驗科學”,任何“物理問題”的提出,首先必須要有“實證基礎”,也就是說,問題必須是“客觀存在的”,如果不是“客觀存在的”,提問是沒有任何價值的。特別是問題明顯與“實驗事實”相違背的時候,就必須拋棄問題或提問依據。

這個問題顯然是違背“實驗證據”的。例如,對於質子,人類已經開展了大量的“質子衰變”的實驗研究,到目前為止,還沒有觀察到質子“發生過自然衰變”,也就是說,到目前為止,還沒有觀察到哪怕是一個質子發生了“自然衰變”,怎麼就可以斷言“質子是有壽命”的呢?我們自然可以根據“質子自然衰變”的研究結果,判定這個“哲學命題”為假。繼續討論“假命題”就沒有任何意義了。


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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》。


匯雁1


這個問題有意思,答案很簡單,任何一個東西,其壽命都是一瞬間。任何一個東西,都是在一瞬間內完成改變的,而這種改變,是全方位全時段發生著的。

改變,就是一個過程的結束,也是一個新過程的開始,有改變,就等同於壽命的更新,這,只有一瞬間。

但是,由於人們長久以來一直忽視這種改變,只把眼光盯在了物質或粒子整體外形上的更迭或徹底性的出現與消失,所以才有了不同物質有不同壽命長短的結論。

其二,任何一個物質外形的整體性出現或消失,與兩個因素有關,一,物質自身的屬性,二,物質自身所在的環境因素,換言之,哪怕你確定性的認為物質屬性永遠不會改變,其所在的環境因素也不可能不發生變化,物質外形整體性出現與消失所歷經的過程時間也不可能是一個恆定數值或統一不變的數值。


北京得明


質子,中子,電子,都是原子的組成,質子和中子是由夸克組成,共有5種夸克,他們是組成萬物的基本粒子,壽命都是無限期的,有的放射性元素可以進行衰變,衰變之後形成令一種元素,質量可能會發生減少,減少的部分就是以能量的形式釋放出來(中微子),這也就是質能方程所表達的內容,並且元素的放射性與其存在的分子化合物無關,這是原子的特性,釋放能量的過程中會有質子湮滅,但不能說他們有壽命。


哇長門


,我們幾乎有一個不解之謎,是否可以與大眾解答,問題一,佛會死嗎,原子,粒子,都有她們的壽命,那麼佛也會老去,是什麼轉變為佛,佛的屬性又是什麼,世上沒有兩度再少年,佛可以替換嗎,佛怎樣產生以至消亡,她的消亡需要的能量從何而來,脫胎換骨是作何解釋,為什麼世上有這麼多未解的謎,假設,宇宙的使者是否吃了廠粒子與原子延長她們的壽命,至於永還不會死去,她們的先決條件從何得知,人類老去的同時是否保留她的秩序,還是她們按置我們一定要有肉身死去,難道我們是她們載培的,,答案,是可與否,,,,,,?


濤聲依舊92403


《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。


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