2. 量子的概率解釋在解釋放射性衰變中被體現(xiàn)出來了

（1）什么是衰變

任何一個(gè)放射性原子都有一個(gè)特定的生存期。半衰期的意思是放射性原子的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變時(shí)所需要的時(shí)間。例如鈾原子的半衰期為45億年。意思是，如果你等一個(gè)鈾原子發(fā)生衰變，要等上45億年，它才有50%的概率發(fā)生衰變。衰變的過程是，鈾原子核會(huì)釋放出一個(gè)α粒子（見圖1-33），然后把自己轉(zhuǎn)變成釷（U（鈾）-238→Th（釷）-234）。假設(shè)你有100億個(gè)鈾原子，那么在45億年以后，就只剩下50億個(gè)鈾原子，而其他的鈾原子則衰變成了50億個(gè)釷原子。剩下的50億個(gè)鈾原子，需要再等45億年，才會(huì)有25億個(gè)鈾原子再衰變成釷原子。然后剩下25億個(gè)鈾原子，需要再等45億年的時(shí)間，才會(huì)由12.5億個(gè)的鈾原子再發(fā)生衰變。如此等等。對(duì)于鈾原子來說，每隔45億年就會(huì)有一半的鈾原子發(fā)生衰變。對(duì)于半衰期，每種原子都是不一樣的。例如，對(duì)于鈾原子衰變而來的釷原子，只要等上8萬(wàn)年，就會(huì)有一半的釷原子釋放出一個(gè)α粒子把自己轉(zhuǎn)變成鏷。由鏷原子再經(jīng)過一系列的幾種原子的衰變過程，最終會(huì)成為不再衰變的鉛原子。

圖1-33 一個(gè)α粒子射出鈾原子核示意圖

那么我們現(xiàn)在要問，為什么一塊鈾礦石每時(shí)每刻都在發(fā)生著衰變——放射著α粒子，而不是要等上45億年呢？答案是：如果你有90億個(gè)鈾原子，就會(huì)發(fā)生平均每年有一個(gè)鈾原子發(fā)生衰變，只是你不確定哪一個(gè)鈾原子會(huì)發(fā)生衰變而已。如果你有90億×365天×24小時(shí)×60分鐘×60秒鐘所等于數(shù)目的原子，那么平均每秒鐘都會(huì)有一個(gè)鈾原子會(huì)發(fā)生衰變。而在一塊鈾礦石中擁有的原子數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)數(shù)字，因此，你會(huì)在一塊鈾礦石檢測(cè)到幾乎每時(shí)每刻都會(huì)有發(fā)生衰變的現(xiàn)象。

（2）為什么原子會(huì)發(fā)生衰變

在經(jīng)典物理學(xué)中對(duì)衰變的解釋是，原子核中的質(zhì)子、中子依靠強(qiáng)力作用將它們牢牢地束縛在一起。強(qiáng)力是短程力，其力的相互作用范圍比較小，只對(duì)相互靠近的質(zhì)子、中子產(chǎn)生力。質(zhì)子與質(zhì)子之間同時(shí)也存在著相互排斥的電磁力。電磁力是長(zhǎng)程力，力是可以疊加的。當(dāng)電磁力和強(qiáng)力相互作用平衡時(shí)，原子核就是穩(wěn)定的。

如果一個(gè)原子的原子核過大時(shí)，因?yàn)樵谠雍俗钔鈱拥馁|(zhì)子受到的排斥力最大，因此就會(huì)讓這個(gè)原子變得不穩(wěn)定。即便是在此基礎(chǔ)上，經(jīng)典物理學(xué)也不允許發(fā)生衰變事件，但是按照概率的解釋，就會(huì)發(fā)生量子隧穿現(xiàn)象，因此讓本來無法逾越勢(shì)位的α粒子穿越“勢(shì)壘”向原子核外崩飛出去。