Как частицы «узнают», когда распадаться?

Итак, насколько я понимаю, в веществе, состоящем из радиоактивных элементов, период полураспада говорит нам, сколько времени пройдет, пока половина этих атомов не распадется на следующий атом [есть ли для этого название: элемент или изотоп, который результат предшествующего радиоактивного распада?]. Мой вопрос заключается в том, существует ли какая-то закономерность, по которой атомы распадаются в какое время, или это какое-то чудесное свойство квантовой механики, заключающееся в том, что каждый атом каким-то образом знает, когда распадаться? или я просто неправильно понимаю радиоактивный распад?

Частицы запутаны или как-то иначе связаны (помимо их молекулярных связей)? Если нет известных ответов, я бы предпочел любые серьезные, ведущие теории.

Чтобы частицы распадались каким-то другим образом, зависящим от времени, им нужно знать, когда начался ваш эксперимент с распадом. Что запустит эти физические часы? Ядро ничего не знает о том, что вы сидите там со счетчиком, карандашом и листом бумаги для схемы.
По сути то же самое, что и « Действительно ли мы не знаем, почему атомы «решают» произвести фотон?» , потому что испускание фотона — это тоже просто «распад» в более низкое энергетическое состояние.
Старайтесь не думать об атомах как о разуме, это очень помогает при распутывании «загадочной» физики. И не останавливайтесь на объяснении, которое на самом деле не позволяет вам предвидеть ничего отличного от того, что было раньше — если я скажу вам, что да, частицы запутались, что это позволит вам предвидеть? Вы просто получаете удобный ярлык для той же самой тайны - не позволяйте вашей путанице исчезнуть только потому, что вы добавили для нее имя :)) Тем не менее, радиоактивный распад настолько случайен, что мы на самом деле используем его для генерации действительно случайных чисел. - это полностью без гражданства.
@Luaan Но, если у нас есть 100 м ^ 3 радиоактивного вещества, пусть оно распадается, а затем случайным образом измельчает его блоки через случайные промежутки времени, разве каждый блок не будет иметь тот же общий распад? Хотя бы в макроскопических размерах? Это просто одна из тех вещей "смириться с этим"?
Да, каждый блок по-прежнему будет иметь один и тот же общий процент затухания за время, но на самом деле это все о том, как работают вероятности в целом. То же самое произошло бы с нарезанным термодинамическим процессом или, например, с нарезанным чемпионатом по подбрасыванию монеты. В этом нет ничего «непостижимого», просто нужно понимать вероятности; проблема в том, что люди не умеют это делать :D Если вы подбросите гипотетическую монету, вероятность того, что выпадет решка, равна 50%. Другой, это снова 50% для решки. Неважно, каким был предыдущий бросок. Тем не менее, шанс выбросить решку два раза подряд составляет 25%.

Ответы (3)

Шаблонов нет. Когда частица распадается, момент, когда она это делает, абсолютно случаен и выбирается из распределения

п г е с а у ( т < Т < т + д т ) "=" г т т 0 ⋅ опыт ⁡ ( − т / т 0 )
Для т "=" т 0 , начало времени, когда мы знали, что частица еще существует, экспонента равна единице и мы видим, что "вероятность распада в единицу времени" равна 1 / т 0 . Поскольку вероятность того, что частица все еще существует, экспоненциально уменьшается, уменьшается и вероятность того, что она распадется в более поздний момент.

Случайность времени распада — это еще один пример случайности, которую квантовая механика, основная структура всех законов физики с 1925 года, предсказывает для каждого явления в Природе.

В наиболее распространенном описании квантовой механики распадающаяся частица описывается волновой функцией. И эта волновая функция превращается в суперпозицию нераспавшихся и (различных) распавшихся компонентов, и амплитуда вероятности (значение волновой функции), связанная с нераспавшейся частицей, уменьшается по мере того, как опыт ⁡ ( − т / 2 т 0 ) . Эту амплитуду вероятности необходимо возвести в квадрат, и результат опыт ⁡ ( − т / т 0 ) , дает нам вероятность того, что частица еще не распалась.

Теории, пытающиеся найти какую-то «внутреннюю» причину распада частицы в данный момент, называются «теориями скрытых переменных», и они могут оказаться неверными — либо несовместимыми с экспериментами о распаде в данном случае, либо с экспериментами, подтверждающими специальная теория относительности. Таким образом, физики должны принять присущую Природе случайность как факт. Случайность времени затухания — это идеальный генератор случайных чисел Природы, который невозможно обмануть или обмануть.

Вы не можете предсказать, какая конкретная частица распадется в данный момент времени, но вы можете предсказать процент всех частиц, которые не распадутся к этому времени. Это правильное понимание? Можете ли вы определить, насколько стабилен элемент по его структуре, и можете ли вы сравнить стабильность между элементами?
Да, процент частиц, которые распались в данный момент времени, поддается вычислению. Но точное целое число может колебаться. Итак, если вы ожидаете Н частицы распадаться в среднем к определенному моменту, то, что вы получите в действительности, будет Н ± Н или около того – ошибка сравнима с квадратным корнем из Н , вполне обычное дело в случайных процессах. И да, также у нас есть теории, которые позволяют нам — по крайней мере, в принципе, а часто и на практике — вычислять периоды полураспада для всех частиц или ядер и т. д. Понятно, почему одни изотопы распадаются быстрее, другие — медленнее, а третьи — быстрее. стабильный.
Просто чтобы быть уверенным. Процент распавшихся частиц (одного и того же рода) есть не что иное, как вероятность того, что распалась одна конкретная из них.

Существует ли какая-то закономерность, по которой атомы распадаются и в какое время, или это какое-то чудесное свойство квантовой механики, заключающееся в том, что каждый атом каким-то образом знает, когда распадаться?

Атомы тупые. Они ничего не знают. Радиоактивный распад — это процесс без памяти, процесс, который не зависит от истории. Рассмотрим три атома радона-222. Один образовался месяц назад (8 периодов полураспада), другой четыре дня назад (~1 период полураспада) и третий 12 часов назад (~1/8 периода полураспада). Что придет в упадок следующим? Атомы не знают. Никто не знает; на самом деле никто не может знать. Каждый из трех атомов имеет одинаковую маленькую вероятность распада в следующую минуту.

Радиоактивный распад является каноническим примером процесса Пуассона. Знание (или состояние) не требуется в пуассоновском процессе. Государство мешает. Идеальный процесс Пуассона не имеет состояния и памяти. Хотя существует множество примеров процессов, распределение вероятностей которых близко к пуассоновскому, ничто не приближается к нему ближе, чем радиоактивный распад.

Итак, если мы возьмем 1 кг радиоактивного материала с периодом полураспада 5 лет и посмотрим на него через 5 лет, есть вероятность, что все это исчезнет? Когда присутствует много-много атомов, период полураспада может сохраняться статистически, но, поскольку он совершенно случайен для одного атома, не могут ли все атомы в 1 кг материи просто решить распасться в следующую минуту?
@uylmz Да, есть вероятность, что 1 кг материала с периодом полураспада пять лет может разложиться в следующую минуту. Однако это настолько смехотворно малая вероятность, что можно с полным основанием сказать, что этого не произойдет. Одиночный атом с периодом полураспада пять лет имеет менее одного шанса на миллион распасться в следующую минуту. Вероятность того, что $10^{20)$ атомов сделают это, настолько мала, что это практически невозможно.

Вы только что прочитали разумные ответы знающих людей, так что теперь вы знаете, что "радиоактивный распад...- это совершенно безгосударственно (@Luaan)", "Нет закономерностей" (@Luboš Motl), и "Атомы тупые" ( @ Дэвид Хаммен). Однако есть еще кое-что. Атомы могут быть тупыми, но они знают квантовую механику намного лучше, чем мы, простые смертные. Таким образом, случайность может быть, но совершенной случайности быть не может. Некто Хальфин много лет назад показал, что строго экспоненциальное затухание несовместимо с квантовой теорией, должны быть какие-то крошечные отклонения, как на очень коротких, так и на очень больших временах. Пожалуйста, смотрите ссылки на теоретические и экспериментальные работы в моем ответе на вопрос. Означает ли вообще что-нибудь среднее время жизни?

Как частицы «узнают», когда распадаться?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v