谷哥195

“朝菌不知晦朔，螻蛄不知春秋”。

有形的都是有限的，無論是龐大的恆星、渺小的粒子，都會有壽命結束的一刻。而越渺小的壽命似乎也越短，是否真是如此？

那麼原子、原子核、中子、電子、質子的壽命會有多長呢？

1. 原子壽命 原子是化學反應中不可再分割的基本粒子，已知有118大類，但在物理情況下還能再分割為原子核、電子、中子及質子。原子會衰變，物理學常用半衰期衡量原子壽命。而每種原子的半衰期都不同，最短的釙215僅0.0018秒，最長的鈾U238可有45億年，C14有5730年;
2. 原子核壽命 原子核內的中子跟質子特別穩定，其內部的庫侖力能束縛它們的衰變，可有10²⁹年;
3. 中子壽命 如果脫離了原子核的自由中子，會很快衰變為質子、電子、反中微子，平均壽命15分鐘;
4. 電子 電子是物理上不可再分割的基本粒子，有人認為粒子越小壽命越長，電子可以與138億年的宇宙同齡;
5. 質子壽命 由於質子是最輕的重子，無法衰變成其它更輕的粒子，而又不違背重子數守恆。根據大統一論，質子壽命可有10³³年，比宇宙壽命還長。

而人類關於粒子的理解仍然有限，相信未來的科技能揭開自然界的種種謎團。

弄潮科學

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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艾伯史密斯

本民科認為，其實只要仰望星空，自然就會得到簡單而正確的答案，我們所在的物質總星系，天空明亮，那麼照亮天空的能量從何而來呢？正確的答案是，自物質誕生之後，就一直在釋放能量，而物質靠熱核聚變釋放能量，氫變為氦，氦再變為碳，最後變為鐵，當物質越來越重時，其內能越來越小，恆星會蛻變為白矮星，中子星乃至恆星級的黑洞，但星系則毫無例外地變為星系黑洞，此時物質就完全死亡，蛻變為（星系黑洞的）質量和（暗）能量，這就是有（物質）變無（沒有物質）。而當（星系黑洞的）質量產生的引力在總星系中占主導地位之後，總星系必然會收縮，普朗克巡天圖明確無誤地表明，它的左右旋臂的前鋒早已在至少百億年前就開始了收縮，億萬星系黑洞必將再次在總星系的旋轉軸心發生猛烈碰撞，在碰撞中產生的能量與星系黑洞的質量相互作用，於是，新的物質隨之誕生，謂之‘無’（沒有物質）中生‘有’（物質），於是，老子說的‘有無相生’完成了一個循環，我們的總星系-宇宙島就是這樣循環往復地永恆運行。

那麼 宇宙會‘死’嗎？當然不會！別再杞人憂天了！

宇宙島一直在一次又一次的星系黑洞大碰撞中誕生出新的物質，在烈火中獲得新生！

外星文明新時代

這個問題其實還蠻有意思的。我們可以來一個個聊一聊：

原子

說到原子，其實原子沒有所謂的“死亡”或者“壽命”的說法。這裡要用到的概念其實叫做：半衰期。那啥是半衰期呢？

說白了就是指半數原子內部的原子核發生衰變，變成了其他原子所需要的時間。

比較常見的衰變，就是α衰變、β衰變。

不過的原子的半衰期其實是不同的，我們舉幾個例子：

中子

剛才我們其實也聊到了原子核內的中子其實也會變為質子、電子及反中微子。不過，這要看具體是什麼原子，如果比如：鐵原子，其中的中子其實是非常穩定的。

而不是束縛在原子核的只有種子，其實也就15分鐘的時間，就會衰變成質子、電子及反中微子。

質子

至於質子，其實是很穩定的。由於庫侖力的存在，質子衰變所釋放的能量並不能夠讓它脫離原子核。所以，質子的壽命其實非常長，曾經有科學家測量質子的壽命，但都因為難度太高，最終轉型去做其他的實驗。而目前已知的，質子的壽命至少要大於10^33年。

電子

至於電子，它最為最基本的粒子，根本無法再繼續分解了。所以電子本身就沒有半衰期的說法。科學家認為，電子的壽命應該要比質子還要長得多。

鍾銘聊科學

看了一些解答，感覺大家還是在核物理的基礎上。我從粒子物理的角度來說，現在認為標準模型是解釋我們這個世界最基本理論，這裡面最基本的有夸克，輕子，還有傳遞相互作用的玻色子，比如光子，膠子等。

原子核，質子，這都是有結構的，最基本的組成都是夸克。質子作為最低的重子（含有三個夸克），基本上被認為沒法往更低的能級衰變，基本上理解它的壽命等同於宇宙的壽命，現在很多實驗也在想辦法測量質子的壽命，目前結果還是一個下限，就是大於多少，具體講就是目前認為無限長。物理上我們給重子指定一個量子數，叫重子數，在目前的實驗中未發現重子數破壞的實驗，因此作為質量最輕的重子，質子在重子數守恆的情況下，無法憑空消失，轉化為其他強子。

類似的情況在輕子上也是，輕子有三代，電子muon，tau（對不起，實在是不知道中文怎麼對應），電子最輕，其他兩代輕子都可以衰變成最輕的電子，同時為了保持輕子數守恆，還要伴隨相應的中微子。但是，電子最輕，它沒法消失來破壞輕子數守恆，因此也被認為是穩定的，和宇宙同壽命。

如果實驗室有發現重子數破壞或是輕子數破壞，都會是諾貝爾獎，因為這可以直接到宇宙的壽命問題。

你在聽嗎86

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：

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。

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。

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

時間總是在不停的往前走，所以粒子也總是在不停的運動和變化。一個粒子可以通過某種途徑變成另外的粒子，我們通常用半衰期來衡量一個粒子存在的壽命。有的粒子壽命很長，有的很多。粒子半衰期的長短，和其穩定性十分密切。

比如說原子，有的原子結構很穩定，化學性質也很不活潑，這類原子可以說半衰期長的不得了，可以高達幾十億年。有的原子結構則不穩定，存在一會兒就會發生衰變，比如說釙215僅0.0018秒。很多人造元素，存在的時間也極其短暫，有的甚至更本無法捕獲。

原子下面是電子、質子和中子。電子屬於基本粒子，壽命極長。基本上可以認為是無限長，宇宙存在多長時間，電子就可以存在多長時間。除非電子運氣不好，剛好碰見一個反電子，那麼它們才會泯滅成為光子。

質子的壽命和電子類似，也趨近去無窮。反正目前科學家並沒有發現質子衰變成什麼。而中子則要不穩定一些，自由的中子很快就會衰變質子、電子和反中微子。但是在原子核中的中子則相當穩定，基本上不會發生變化。

其實，更小一級的夸克，因為夸克禁閉的存在，所以人們無法單獨觀測夸克，也無法研究夸克會不會也會轉換或者衰變成更為基本的粒子。

科學探秘頻道

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

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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