放射性元素の崩壊についての疑問
- 放射性元素の崩壊にはタイマーが内蔵されているのでしょうか？
- 原子核が自然崩壊して別の元素に変わる場合、崩壊のタイミングを決める何らかのタイマーのような機能が核の中に存在する可能性があります。
- 半減期30年の元素とは、無数に存在する原子核が30年で半分は崩壊することを意味しますが、崩壊までにかかる時間の違いについてはタイマーのような機能を持つ陽子や中性子、核に関与している可能性が考えられます。
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放射性元素にはタイマーが内蔵されているのでしょうか
原子核が自然崩壊して別の元素に変わる場合、例えばある種の原子核からアルファー線が放出され別の元素になる場合同じ元素であっても原子核aと原子核bとで一斉に崩壊する訳ではありませんよね。 と言う事は崩壊のタイミングを決める何らかのタイマーのような機能が核の中に存在するような気がします。分りやすく言えばaと言う原子核が1時間で崩壊する場合30分前と崩壊直前では何が違うのでしょうか。何かが変化して中間子がそれに耐えられなくて遂に崩壊した、とするなら何が変化したのでしょう。 でも私の浅い知識では陽子や中性子には個性は無いと思っているのですが、と言う事は中性子aも中性子bも陽子aも陽子bもそれぞれ全く同じ物であって時間的にも変化はしないと考えています。 でもそれなら同じ物がそれぞれ別のタイミングで崩壊する事がどうにも理解できません。 半減期30年の元素とは無数に存在する原子核が30年で半分は崩壊すると言う意味でしょけれど崩壊までに10年かかる核と50年かかる核との違いは何なのでしょう。 中性子や陽子あるいは核にタイマーでも内蔵されていてそれに従って原子核が崩壊するというなら感覚的には分るのですが。 陽子や中性子にはタイマーが内蔵されているのでしょうか。
- burahuman
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- 物理学
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「放射性元素の原子核は、タイマーが付いてる筈も無ければ、お仲間の原子核がどれだけあるかも知らない筈なのに、一体どうして一定の半減期ごとに半分に減るなんてことが整然とできるんだろう？？」という疑問を持った経験者です。たしか小学3年生ぐらいの時だな。 「タイマー」（「記憶」と言っても同じ事）がないもんですから、原子核は直前に何があったか憶えていない。なので、ただ瞬間ごとに、「今崩壊するか、しないか」を確率的に決める。崩壊しちゃえばそれで終わりですが、崩壊しなかったら次の瞬間にまた「今崩壊するか、しないか」を確率的に決める。崩壊しちゃえばそれで終わりですが、崩壊しなかったら次の瞬間にまた… ということを延々とやるしかない。そういうプロセスの結果として、一定の半減期ごとに半分に減ることになる、という結論に至るまで、何日もうんうん考えたのでした。 だから、ある瞬間に崩壊しちゃった原子核と、崩壊しなかった原子核では、直前に何が違っていたのかというと、次の瞬間にタマタマ崩壊しちゃったかどうか、という点だけが違う。「崩壊する理由」が整った時に崩壊する、というのではないのだから、ほんとにタマタマである。両者の違いは結果論でしかないのです。
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No.2&4です。どうも「確率の世界」ということが納得できないようですね。 かのアインシュタインも確率的な解釈には「神はサイコロを振らない」と言って反対だったようですので、無理もないのかもしれませんが。 20世紀以降の物理学は、量子力学にしても、相対性理論にしても、「常識的」発想を捨てないといけないのです。人間の感覚的な理解では、現実に起こっていることを説明できなくなっているのです。 他の方がおっしゃるように、入門編でよいので「量子力学」の本を読んでみることをお勧めします。
お礼
常識的な発想を捨てる、確かにその通りだと思います。 周囲でおこる現象とこれらは全く別の法則で成り立っている事は量子力学の入門編に書いてありますので知識としては納得しているのですがそれでも全く同じ物が別の動きをすると言う部分はカラダが納得出来ないのですね。 実に面白い世界です。
- notnot
- ベストアンサー率47% (4846/10257)
No1，3です。 補足に ＞これは決定論的な考えでは到底理解できませんが お書きの通り、決定論的な考え方で量子力学に臨むと言うことが間違っていると思いますよ。
お礼
ありがとうございます そうなんですよね、量子力学の世界で生活した事が無いのでイメージが湧かないのです。 生まれた時からその世界にどっぷりと浸かっていれば当然と受け止められるのかも知れませんがこの世界の出来事は絶対だなどと根拠のない妄想に置かされる日々です。 自分が電子ほどの大きさになればその世界が常識になるのでしょうね。 常識とはなんと説得力のない世界なんだろう。
＃５のおこたえにあるように、「特定」の一個の放射性原子がいつ崩壊するかを予測することは「不可能である」というのがいまのパラダイムでの通念です。 決定論的解析を求めて必死に研究されている方も居られますが、かなり難しそうです。
お礼
回答ありがとうございます。 自分が素粒子の大きさになって周囲を見れば驚愕の世界が見えるんでしょうね。 崩壊するまで核をじっと見つめていたいです(^^
補足
ドクサンデイさんは決定論的解析は無意味だと思いますか、それとも将来解明される可能性も少しは有るとお考えでしょうか。
- breakfaster
- ベストアンサー率69% (23/33)
ミクロの世界（原子・分子以下ぐらい）では、 量子力学という、ふつうの力学とは違う法則が支配しています。 （正確に言うと、量子力学のほうが根本で、マクロレベルになるとニュートン的になる） 量子力学では、本質的にすべての現象は「確率的」です。 これは何か見えない要素があって、その違いによって確率的になっているわけではありません。 そういう説明を試みるものもありましたが、いまのところうまくいった例はありません。 原子核反応もそうです。確率が支配している世界です。 ある特定の原子がいつ崩壊するか、誰にも予測不可能なのです。 こういう話に興味がおありなら、量子力学を学ぶといいと思います。 α崩壊はトンネル効果で説明できます。そこまで到達するのはそんなに難しくないと思います。
お礼
詳しい回答ありがとうございます。 実は以前量子力学の入門編を勉強した事が有り生半可な知識が邪魔をして余計不思議に思った次第です。 タイトルのタイマーの件は少々子供じみていた表現で今は反省しています。 量子の世界とはそう言うものだと言ってしまえばそれきりなのでしょうけれど【両者に違いはないが違った行動をする】本当に難しいですね。 無数に集まって相互作用をし結果様々な崩壊時間が有る、と言うなら分りますが。 ＞そういう説明を試みるものもありましたが、いまのところうまくいった例はありません。 これがうまくいけば落ち着くのですが。
No.2です。 別に、確率分布の話をしているわけではなく、物理現象が確率分布通りの発生の仕方をしている、ということです。 30分で崩壊する個体と50年で崩壊する個体の違いはありません。各々、「半減期＊＊年で原子核崩壊する」という「原子核としての性質」を持って、この世に存在している、ということだけです。この「ある一定確率で崩壊する性質」が、質問者さんのおっしゃる「タイマー」です。ただし、「何年後に崩壊する」という「決定論的」なタイマーではなく、確率的なタイマーということです。 タイマーを持つのは、「陽子」や「中性子」ではなく、それらが結合した「特定の原子核」です。同じ炭素でも、「炭素１２」（陽子６個＋中性子６個）は安定で崩壊しませんが、「炭素１４」（陽子６個＋中性子８個）は半減期約6000年で崩壊します。（実は、原子核外にある中性子は不安定で、半減期約10分で「陽子＋電子」に崩壊する、という「タイマー」を持ってはいますが） 人間も、1人1人は90歳まで生きたり、病気や事故で幼児のうちに亡くなったりしますが、ある集団（「日本」とか、「アジア」とか）の範囲で見れば、平均寿命81.5歳（これは適用な値です）というのと同じです。 この例を出すと、「個体差」ということで余計混乱されるかもしれませんが、病気や事故にあう確率も含めてその集団の「性質」と考えてみてください。 日本の平均寿命を論じるときに、「Ａさん」や「Ｂさん」といった個人の寿命や運命を個別に見てもしょうがない、ということです。
お礼
ありがとうございます 例えば核に揺らぎが有ってその有る条件が偶然揃った時に崩壊する、原子核は一見ガッチリ固まっているように見えるがその実フニャフニャ動いていてこのフニャフニャがある特定の形になった時にアルファ線がポーンと飛び出す・・・陽子、中性子の数や組み合わせでフニャフニャの度合いが決まり原子核を固める強い力とこれを壊そうとするフニャフニャとが拮抗し偶然ある時力のバランスが崩れ崩壊した・・・・ 例えて言えばコップに99%ほど水を入れて悪路を走っている状態がウラン235で10%ほどしか入っていないのがウラン238。 235は溢れ(核が崩壊)238は溢れない(安定している)と言うイメージでしょうか、表現は幼稚ですが。
- notnot
- ベストアンサー率47% (4846/10257)
No1です。 ＞では原子核内では、あるいは陽子や中性子、または「強い力」ではどんな差が有るのでしょうか？ 差は無いが、崩壊したりしなかったりする。 ＞結果を数学的に説明するなら確立で良いのでしようけれどでもサイコロにしても１が出る場合と４が出る場合ではそれに至る物理的な差が有ると思うのですよ。 「原子は数学的な純粋なさいころのような物だ」ということを言いたかった例です。
お礼
回答ありがとうございます ＞差は無いが、崩壊したりしなかったりする これが摩訶不思議なんですよね 全く同じ物が別の動きをする・・・これは決定論的な考えでは到底理解できませんがもしかすると素粒子に何らかの変化が起きてその結果カウントダウンが始まり遂には崩壊する、しかし現代最高の物理学でもその兆候を捉える事は出来ていない、100年後なら解明されているかも。 と言う事なら何となく納得安心出来るのですが。
No.1の方がおっしゃる通り確率です。 そんなにきちんと確率に従うのか、と思われるかもしれませんが、数グラムの物質（その元素で決まる「１モル」の質量。セシウム１３７であれば１３７グラム）を構成する原子核の数は、アボガドロ数 6 × 10の23乗 というとてつもない数なので、極めてきちんと確率分布通りの統計的な法則に従います。 一つ一つの原子核は、30分だったり10年だったり50年だったりしますが、10の23乗個も集めると、見事に半減期で半分に減るような統計法則に従うわけです。
お礼
詳しい数学的な面からの回答ありがとうございます。 確率分布のグラフの理由を知りたいのではなく同じ元素なのに生まれてから30分で崩壊する個体と50年で崩壊する個体の違いは何なのですかと言う疑問なのですが・・・
- notnot
- ベストアンサー率47% (4846/10257)
確率ですね。 さいころを振って、1の目が出たら崩壊するとします。1回目で崩壊するさいころと、20回目で崩壊するさいころに差はありません。
お礼
回答ありがとうございます。 結果を数学的に説明するなら確立で良いのでしようけれどでもサイコロにしても１が出る場合と４が出る場合ではそれに至る物理的な差が有ると思うのですよ。 握り方、振り方、転がり方、当たる面、気流、温度、湿度、床の形状、サイコロを作っている材料の密度のばらつきなどなど気が遠くなるほどの差が考えられます。 では原子核内では、あるいは陽子や中性子、または「強い力」ではどんな差が有るのでしょうか？
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お礼
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補足
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