Ядерная физика и период полураспада радиоактивного элемента [закрыто]

Представьте себе следующий эксперимент:

У меня есть два ведра; в одном ведре N мячей. Каждые 5 минут я беру каждый мяч по очереди; Я подбрасываю честную монету, и если выпадает орел, я кладу шарик в другое ведро. Если выпадет «решка», я сбрасываю мяч.

Сколько мячей будет во втором ведре через пять минут? В СРЕДНЕМ их будет N/2 (что касается каждого из N шаров, вероятность быть выброшенным ровно 50%). На самом деле из биномиального распределения мы знаем, что есть шанс, что у меня будет 0, 1, 2, 3 или даже 4 мяча.

В радиоактивном образце каждое ядро ​​можно представить как один из этих шаров, а ход времени — это «подбрасывание монеты». Но вместо того, чтобы подбрасывать правильную монету один раз за период полураспада, мы на самом деле «подбрасываем монету» с ОЧЕНЬ малой вероятностью выпадения решки большое количество раз, так что кумулятивная вероятность после одного периода полураспада составляет ровно 0,5. Это приводит к наблюдаемому числу распадов, следующих за распределением Пуассона . Когда популяция станет очень большой, она будет выглядеть так, будто распалась «ровно половина» — но в действительности, если изначально имеется 2N атомов, то после периода полураспада останется число$N±\sqrt{N}$. Это означает, что относительная ошибка$\frac{1}{\sqrt{N}}$, и в качестве$N$становится очень большой, эта ошибка становится исчезающе малой. Но когда N=4, это большая неопределенность...

«D» — правильный ответ, поскольку они являются окончательными утверждениями, а физическая ситуация полностью вероятностна.

Предположим, что «А» — это Истина. За 5 минут 2 из 4 атомов должны распасться.

Какие 2 атома распадутся? Это идентичные частицы (в квантовом смысле, что является гораздо более строгим, чем классическое «одинаковость»).

Чем отличаются 2, которые будут распадаться, от 2, которые не будут распадаться?

Когда они сгниют? Если 1-й распад не происходит мгновенно, скажем, он занимает 2 минуты и 1 секунду, другой аспирант входит через две минуты и говорит: «А-Ха! 4 атома. Через 5 минут их будет 2», но 1-й ученик говорит, нет, через 3 минуты будет 2 атома.

Точно так же, что, если мы разделим атомы. один студент получает 2, а другой получает 2. Ответ «A» означает, что через 5 минут у каждого студента будет 1 атом. Они оба распадаются ровно на 5 м? Что, если бы ученик 1 получил 2, они бы разложились? Затем он говорит: «Эй, оба моих атома исчезли через 5 минут. Период полураспада меньше 5 минут», а другой говорит: «У меня все еще есть оба моих атома, период полураспада больше 5 минут».

Кто прав? Утверждение «А» таит в себе логические нестыковки.

Идея, что это верно только для большого числа атомов, также неверна. Если у вас есть 2 моля атомов, то за один период полураспада вероятность того, что у вас останется ровно 1 моль, ничтожно мала. Миниатюрный. (В порядке$1:\sqrt{N_A}\approx 1:10,000,000,000,000\ $).

Физика здесь работает так, что все атомы идентичны — это означает, что они не просто одинаковы, но их даже нельзя отличить друг от друга. По своей природе и уж точно не аспирантами. Более того, они имеют постоянную вероятность в единицу времени распадаться. Они ключевые существа: постоянные. Неважно, насколько они новые или сколько им лет, это одно и то же.

Если вы понимаете следующее, это должно иметь смысл: атом U238, который был частью формирования Земли (возраст 4 млрд лет, который вы выкопали) и тот, который вы создали сегодня утром в своем реакторе, ИДЕНТИЧНЫ. «Старый» имеет не больше шансов сгнить, чем «новый».