Question

Почему одни изотопы атомов стабильны, а другие нестабильны?

Comments

Стабильные нуклиды не могут распадаться, так как все возможные виды распада энергетически невозможны.

Answer 1

На три Ваших вопроса про стабильность частиц и систем их составляющих, ответ примерно одинаковый – в каждом уникальном рассматриваемом случае, получается уникальная функция потенциальной энергии, состоящая из потенциальных ям и потенциальных барьеров. Если частица сможет их преодолеть, то получается распад. Если барьер слишком большой, то будет стабильность. Объясняю подробно:

1) Абсолютно любая физическая система стремиться к минимуму потенциальной энергии и максимуму кинетической, т.е. проще говоря - к распаду и хаосу. Так работает положительная термодинамическая стрела времени.

2) Протоны и нейтроны не являются элементарными частицами в буквальном смысле этого слова. И протоны, и нейтроны, состоят из кварков, скреплённых переносчиками сильного ядерного взаимодействия – глюонами. Им есть на что распадаться.

3) В квантовом мире действует принцип неопределённости Гейзенберга. По одной из формулировок, энергия частицы не постоянна, а изменяется во времени, пульсирует в соответствии с соотношением  ΔE*Δt >= h/2.

4) На функцию потенциальной энергии Eп каждой частицы, действуют не только ближайшие её соседи, но и дальние тоже. Сложные изотопы могут состоять из нескольких десятков, а то и сотен протонов и нейтронов. Функция потенциальной энергии для каждого изотопа будет уникальна. Она вычисляется по очень сложным формулам квантовой физики.

 Функция стабильной частицы или изотопа, будет выглядеть примерно так:

Максимум пульсирующей энергии не превышает потенциальный барьер. Частица не может самопроизвольно покинуть систему и таким образом перейти на следующий минимум потенциальной энергии.

Функция нестабильной частицы или изотопа выглядит так:

Самые большие пульсации энергии в состоянии превысить потенциальный барьер, значит рано или поздно это должно произойти. Частица скатывается на следующий минимум, система распадается.

Comments

 

 vladimir-bombin
энергия частицы не постоянна, а изменяется во времени, пульсирует в соответствии с соотношением  ΔE*Δt >= h/2.

Максимум пульсирующей энергии не превышает потенциальный барьер

 Спасибо за подробный ответ. Но вот дополнительный вопрос: согласно неопределённости Гейзенберга для интервала времени Δt, стремящемуся к нулю, ΔE стремится к бесконечности. То есть для любого большого ΔE найдётся малый интервал  Δt, когда энергия превысит барьер. То есть в принципе получается, что всегда существует ненулевая вероятность распада любого изотопа или нуклона?

---

Да. Преодоление частицей потенциального барьера - это вероятностный процесс. При этом вероятность никогда строго не равна нулю. В силу неоднородности времени, частица может иногда увеличить свою энергию в миллионы раз, относительно среднего значения, но вероятность этого настолько низкая, что за все 13.8 миллиардов лет, такое может и никогда не происходило.

---

 

 vladimir-bombin

вероятность этого настолько низкая, что за все 13.8 миллиардов лет, такое может и никогда не происходило.

Но если Вселенная в целом существует вечно, то могли бы произойти любые маловероятные процессы? Возможно и сам Большой Взрыв из этой серии? 

---

Лично я к словам вечно и бесконечно, отношусь резко отрицательно. Именно потому что этим можно подменить всё, нарушить любой закон природы, мыслимый и немыслимый. В том числе то, о чём Вы пишете. В серьёзной науке не должно быть место вечностям и бесконечностям. Это полное нарушение критерия Поппера и бритвы Оккама. Это какой-то абсурд на уровне религии.

Да, я когда-то выхватил на кью за такие утверждения от типа высокопоставленных экспертов, но всё равно нет, я остаюсь при своём максимально логичном мнении, что Вселенная может быть только конечной и во времени и в пространстве.

Теорема о бесконечных обезьянах, это конечно занимательно, но в реальности так не бывает.