Re: Skad atom wie kiedy ma sie rozpasc?

Parę lat temu na wykładach z chemii nieorganicznej profesor postawił nam podobne pytanie. Zaczęło się od Einsteina który powiedział "Bóg nie gra w kości" rozumiejąc przez to że musi istnieć jakieś nieznane jeszcze ludziom prawo determinujące kiedy które jądro ulega rozpadowi. Na razie człowiek przyjął przytoczoną zasadę prawdopodobieństwa i okres półtrwania jest jakąś próbą opisania zjawiska w czasie ale mając gram pierwiastka o czasie połowicznego rozpadu, dla przykładu, minutę, to pół gramu może się równie dobrze rozpaść w pierwszych 10 sec jak i dopiero pod koniec tej minuty. Być może chemicy zajmujący się badaniem materii promieniotwórczej odnajdą jakieś prawo dzięki któremu atomy wiedzą że rozpadła sie już połowa próbki i trzeba poczekać do końca odliczania zanim rozpaść się będą mogły inne atomy. Może ktoś jest na bieżąco lub ma dostęp do nowinek naukowych i będzie mógł powiedzieć co w trawie piszczy.

Rozważając rozpad pojedynczego atomu można skojarzyć to z kotem Schroedingera. po czasie połowicznego rozpadu z początku można pomyśleć, że rozpadło się pół atomu. Natomiast nadal mamy prawdopodobieństwo istnienia lub już nie tego atomu, kot jest jednocześnie żywy i martwy. Idąc tym tropem możemy wysnuć podobne wnioski. Zjawiska ze świata mikroskopowego trudno odnieść do świata makroskopowego. Myślę że przydatny będzie cytat z wikipedii "Przedmioty dostępne nam do obserwacji w naszej skali składają się z obiektów podlegających prawom mechaniki kwantowej. Jednak, ze względu na bardzo dużą ilość tych obiektów, ich poszczególne stany uśredniają się, nie pozwalając obserwować efektów kwantowych."

Kiedyś wyobrażałem sobie że atomy podrzucają sobie monetą do skutku aż wypadnie, powiedzmy, orzeł. wg prawdopodobieństwa po kolei któremuś wypada orzeł, rozpada się i po upływie czasu zostaje tylko połowa chłopaków. W miare jak rosła moja wiedza o budowie atomu dowiedziałem się że rozpad jest spowodowany odpychaniem się protonów a ilość neutronów jest niedostaczena by zrekompensować ruchy, zaczyna brakować "ścian" na których protony mogły by sie zatrzymać. Można sobie wyobrazić w pewnej przestrzeni magnesy jednoimienne. Odpychają się od siebie, są w nieustannym ruchu, odlatując od jednego dolatują do innego od którego znów sie odpychają i tak sobie biegają aż w końcu część jądra wypadnie. W takim modelu nie ma miejsca na jakieś zasady, po prostu jest to zjawisko probalistyczne a człowiek po prostu umie zmierzyć czas potrzebny na zajście pewnej określonej ilości tych zjawisk. Chciałbym jeszcze zaznaczyć, że gdy rozpada się połowa mierzonej próbki, to w tym samym czasie tak na prawde rozpada się połowa wszystkich atomów na świecie, bo rozpada się połowa z każdej grudki pierwiastka występujących na świecie, więc atomy nie muszą "wiedzieć" ilu kumpli się już rozpadło i czy jest już ich czas czy jeszcze nie.

Dnia 21 maja 2011 23:51 ll <listowner.listy@googlemail.com> napisał(a):

> Ktos mi zadal pytania odnosnie rozpadu promieniotworczego atomow:
>
> > A dlaczego jeden rozpada się już, a inny musi na to poczekać, skoro
> > niczym się nie różnią? Skąd każdy z nich "wie" kiedy ma się rozpaść?
> > Gdzie mają taką informację? :-) A może z tymi atomami, to jest tak jak
> > z pojedynczym człowiekiem i tłumem który jako pewna całość funkcjonuje
> > nieco inaczej niĹź jednostki?
>
> W studenckich czasach tez sie kiedys nad tym zastanawialem, ale nie
> przypominam sobie odpowiedzi, wiec chyba takiej nie bylo.
> Jest prawo rozpadu naturalnego, ale ono nie odpowiada na te pytania.
>
> Krotkie googlanie wyrzucilo przyklad podobnych pytan:
> "A teraz weźmy jakiś niestabilny atom. Czy on ma w sobie zegar? Czy
> rozumie czas? A jeśli tak, to w jaki sposób go rozumie? Skąd wie, kiedy ma
> się rozpaść? Rozpada się całkowicie przypadkowo? Wiemy, że nie całkowicie, bo
> są "prawa rozpadu". Jak więc taki atom "mierzy czas"? Czym go mierzy? Z jaką
> dokładnością go mierzy? Skąd wie co to jest 10E-20 czy 10E+120?"
> http://autodafe.salon24.pl/64951,dlaczego-stale-fundamentalne-fizyki-maja-byc-zmienne#comment_998466
>
> Filozofowie na ten temat tez debatuja:
>
> "Or consider the case of radioactive decay. In any given time period, a
> certain percentage of the atoms of a radioactive material will
> spontaneously decay. That percentage is constant as a function of the
> number of remaining atoms, and is totally independent of sample size. In
> fact, it is a universal constant for the material, and is usually
> expressed in the form of the material's half­life. But how do just the
> right number of atoms 'know' to disintegrate in a specified time interval?
> How does any one atom 'know' what its neighbors are doing? Is it some sort of
> Leibnizian pre­established harmony? "
> http://www.zubiri.org/works/englishworksabout/frsciencenature.htm
>
> Sa tam tez podane dwa inne ciekawe problemy:
> "The scientist knows that physical processes are regulated by laws which are
> expressible in terms of mathematics. For example, under Newtonian mechanics
> the distance travelled by a freely falling body is s = 1/2 at2, What does
> this mean? Does the body somehow 'know' that it is supposed to fall in such a
> way that it satisfies the differential equation d2s/dt2 = g? "
>
> "Or take what may be the most famous example of this apparent 'knowledge' on
> the part of physical objects. If we assemble the usual apparatus for
> measuring interference of electrons, consisting of a source of coherent (i.e.
> in phase) electrons having a wavelength given by the deBroglie relation , a
> screen containing two slits, and a second screen such that the electrons from
> the source passing through the two slits may impinge on it, we will observe
> an interference pattern. The exact details are unimportant. The phenomenon of
> interference is well­known, and occasions no surprise. But now let the
> electrons be emitted one at a time. We would expect, naturally, that the
> pattern should disappear, since it was formed only by the phase relationships
> resulting from large numbers of particles emerging from the two slits. But,
> when the experiment is performed, the pattern remains constant, in the sense
> that the electrons show up at the same places they did before. How can this
> be? How can one single electron go through both slits and interfere with
> itself? Or how can it know which point on the screen to strike? Yet somehow
> it apparently does. Or perhaps it doesn't. Perhaps the entire way of viewing
> the problem, which gives rise to this paradox, needs to be discarded."
>
> Co mowi wikipedia:
> "Rozpad radioaktywny jest procesem losowym związanym ze zjawiskiem
> tunelowym i nie da się przewidzieć, w jakim momencie dany atom ulegnie
> rozpadowi. Można natomiast określić prawdopodobieństwo rozpadu w
> określonym czasie. Jest ono niemal niezależne od czynników zewnętrznych, w
> tym i od wielkości próbki, dlatego dla każdego nietrwałego jądra można
> określić charakterystyczny czas połowicznego rozpadu - czas, po jakim
> połowa jąder z próbki ulegnie rozpadowi[92]. Rozpad jest wykładniczy, co
> oznacza, że po upływie dwukrotności tego czasu pozostaje 1/4 jąder, po
> trzykrotności 1/8 itd."
> http://pl.wikipedia.org/wiki/Atom#Rozpad_radioaktywny
>
> Wiecej po angielsku:
> "A half-life often describes the decay of discrete entities, such as
> radioactive atoms. In that case, it does not work to use the definition
> "half-life is the time required for exactly half of the entities to
> decay". For example, if there is just one radioactive atom with a half-
> life of 1 second, there will not be "half of an atom" left after 1 second.
> There will be either zero atoms left or one atom left, depending on
> whether or not the atom happens to decay.
>
> Instead, the half-life is defined in terms of probability. It is the time
> when the expected value of the number of entities that have decayed is
> equal to half the original number. For example, one can start with a
> single radioactive atom, wait its half-life, and measure whether or not it
> decays in that period of time. Perhaps it will and perhaps it will not.
> But if this experiment is repeated again and again, it will be seen that -
> on average - it decays within the half life 50% of the time.
>
> In some experiments (such as the synthesis of a superheavy element), there
> is in fact only one radioactive atom produced at a time, with its lifetime
> individually measured. In this case, statistical analysis is required to
> infer the half-life. In other cases, a very large number of identical
> radioactive atoms decay in the time-range measured. In this case, the law
> of large numbers ensures that the number of atoms that actually decay is
> essentially equal to the number of atoms that are expected to decay. In
> other words, with a large enough number of decaying atoms, the
> probabilistic aspects of the process can be ignored.
>
> There are various simple exercises that demonstrate probabilistic decay,
> for example involving flipping coins or running a computer
> program.[2][3][4] For example, the image on the right is a simulation of
> many identical atoms undergoing radioactive decay. Note that after one
> half-life there are not exactly one-half of the atoms remaining, only
> approximately, due to random variation in the process. However, with more
> atoms (right boxes), the overall decay is smoother and less random than
> with fewer atoms (left boxes), in accordance with the law of large
> numbers."
> http://en.wikipedia.org/wiki/Half-life#Probabilistic_nature_of_half-life
>
> BTW, to tez ciekawe:
> "Na Ziemi naturalnie występuje około 339 różnych nuklidów[76], z czego 227
> (około 67%) jest stabilnych i nie ulega radioaktywnemu rozpadowi. Jednak
> jedynie 90 z nich nie ma teoretycznej możliwości rozpadu, pozostałe 137
> taką możliwość wedle współczesnej wiedzy posiadają, ale nigdy takiego
> rozpadu nie zaobserwowano. OprĂłcz tych 227 stabilnych nuklidĂłw u kolejnych
> 30 potwierdzono radioaktywny rozpad, ale czas tego rozpadu jest zbyt duĹźy,
> aby dało się go wyznaczyć eksperymentalnie. Kolejnych 31 ma czas
> połowicznego rozpadu przekraczający 80 milionów lat, dzięki czemu ich
> resztki dotrwały do dzisiejszych czasów od początków istnienia Układu
> Słonecznego. Daje to w sumie 288 tzw. pierwotnych nuklidów, istniejących
> na Ziemi od jej początków. Ostatnie 51 istniejących na Ziemi naturalnie
> nuklidów to produkty rozpadu cięższych nuklidów (jak np. rad powstający z
> rozpadu uranu) i produkty naturalnych reakcji jądrowych (jak węgiel-14
> produkowany w górnych warstwach atmosfery pod wpływem promieniowania
> kosmicznego)[77][78]."
> http://pl.wikipedia.org/wiki/Atom
>
> Ale odpowiedzi na postawione pytania brak.
>
Received on Sun May 22 01:43:08 2011