微观世界的原子及其更小粒子有生死存亡吗,它们的寿命有多长?
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发布时间：2023-01-11 20:10
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时间：2023-11-20 14:54
粒子有生无死，只会衰变。因此其寿命不能以生死来论，而是指粒子产生后到衰变时为止存在的时间。粒子衰变是一种粒子变成其他粒子的自发过程，在这个个过程中，原来的粒子会变成更轻的粒子和一中间粒子，而中间粒子会随即变成其他粒子。
这种粒子存在到衰变的时间间隔就是粒子的寿命。单个粒子是无法预测其衰变时间的，而是整体统计学上的时间，因此只能说是某种粒子的整体寿命。
原子的寿命与粒子寿命界定略有差别。因为原子以元素的方式存在于宇宙中，它们不会一下子从某种物质变成另一种物质，而是渐变过程，因此就是以它们衰变一半为一个周期计算寿命的。
这种衰变亦称“蜕变”，指放射性元素放射出粒子而转变为另一种元素的过程。衰变有三种，即α衰变、β衰变和γ衰变，在衰变过程中，原子核的数目逐渐减少，到达这种原子的数目一半时为一个周期。
每种放射性核素都有其特定的半衰期，由几微秒到数十亿年不等。
元素半衰期是以100%开始，以衰减一半为一个寿命周期。按每个周期衰减一半我们可以得出：第一个周期衰减50%，只剩下50%；第二个周期只剩下25%；第三个周期只剩下12.5%；第四个周期剩下6.25；第五个周期剩下只剩下3.125%；以此递减为1.5625%、0.78125%、0.390625%、0.1953125%。到了第十个周期就只剩下0.09765625%。
放射性元素通常认为在经过30个周期半衰期后，放射性已减至原来的十亿分之一，基本无法被探测到，也就没有危害了。只有一个原子还存在，就不能认为衰变完成，因此理论上认为一个元素衰变是永远无法完结的。只是随着衰变周期的增多，原来元素的量就会会越来越少，少到一定程度就可以忽略不计了。
这也是人们在已知某种元素半衰期前提下，可以通过检测这种元素残存的量，得知这种物质存在了多长时间的原理。但衰变周期是人们在统计学意义上测量的结果，并不能代表某一块元素的精确衰变状态。
何谓粒子？科学的定义是指能够以自由状态存在的最小物质。科学出现早期，人们把原子作为粒子，后来发现了原子是可以拆分的，由中子、质子、电子组成，这些才是更基本的粒子，于是把电子、质子、中子称为基本粒子。
再后来发现了越来越多的粒子，如介子、夸克、轻子、强子族等，现在已经累计超过几百种了，而且还有不断发现的趋势，有些粒子里面还有结构，有些还没有发现其有内部结构，因此它们并不属于同一层次，称为基本粒子并不准确，于是人们把这些统称为粒子，废弃了基本粒子的称呼。
光子、电子没有发现其衰变的迹象，因此它们被认为寿命是无限的；质子可能会衰变，但迄今人们并没有确切获得其衰变的证据，但有一些研究认为，质子还是会衰变的，只是衰变时间超长，估计达到10^35~10^100年。
这是一个什么时间概念呢？是1000亿亿亿亿~12个亿叠加的年数。宇宙有这么长的寿命吗？现代宇宙宿命模型没有一个有这么长寿命的。那这个质子寿命与无限长有什么区别呢？我们吃瓜群众认为没有，但科学研究就有一些这样的“杠精”，不会衰变就是不会衰变，寿命就是无限的；会衰变就是会衰变，寿命再长也不是无限的。这就是科学精神。
当然说质子会衰变或不会衰变的科学家们不是吃瓜群众，瞎子估水，一担两桶，而是都有一套复杂的论证计算理论系统，很复杂，我们科普就没必要去云里雾里了解了。
中子在原子核里还是比较稳定的，寿命与原子共存亡。会衰变的中子是指脱离原子核自由存在的中子，这种中子平均寿命为885.7±0.8秒，也就是约15分钟。
已知可衰变的粒子寿命大多数都非常短暂，说它们是转瞬即逝都夸张了。除了中子，其余粒子寿命都短于10^-5秒，也就是0.00005秒以下，如μ子寿命只有百万分之2.2秒，π介子寿命只有250亿分之1秒；最短的只有10^-25秒，也就是10亿亿亿分之一秒，如通过强相互作用的共振态粒子粒子等。
现在测定的所谓物理学称为稳定粒子的，除了W粒子和Z粒子，寿命都大于10^-20秒；物理学中被称为不稳定粒子的平均寿命都小于10^-20秒。
粒子寿命还遵循爱因斯坦相对论原则，就是运动越快，寿命越长，不运动，寿命最短。其寿命计算遵循速度时间膨胀公式。前面提到粒子的平均寿命，都是指在该种粒子静止时所观测到的平均寿命。
原子的寿命主要是指放射性元素，它们的原子核半数发生衰变所需时间，叫半衰期。其衰变规律遵循公式：N=Nox(1/2)^(t/T)
式中，No表示初始时刻（t=0）时的原子核数， t为衰变时间，T为半衰期，N是衰变后留下的原子核数。
这种衰变是微观世界原子核内部的衰变，与外界环境无关，因此是原子的客观寿命。这也不是针对一个特定的原子来定义的，对于个别原子，我们只知道它衰变的概率，而不知道它将何时发生衰变。所以原子核衰变是指一个统计预测，只具有统计学上的普遍意义。
半衰期最长的是铋209，其半衰期长达1.9x10^19年，也就是100亿亿年；而半衰期最短的为砹213，半衰期只有千万分之1.25秒。
部分较长半衰期的有：钍（Th）232为140.5亿年，铀（U）238为45亿年，钾（K）40为13亿年，铀（U）235为7.1亿年，氯（Cl）36为40万年等；半衰期比较短的有：钋（Po）215为0.0018秒，钋（Po）216为0.16秒，氡（Rn）219为4秒，钾（K）38为7.6分钟，铋（Bi）212为1小时，硒（Se）73为7.2小时，钠（Na）24为15小时，碘（I）131为8天等。
这里就不一一列举了。
正是这些粒子元素的不断变化和重新组合排列，才有了我们生生不息的世界。
这些可以理解为粒子和原子的生存周期和寿命状态。
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