2. 量子的概率解释在解释放射性衰变中被体现出来了

(1)什么是衰变

任何一个放射性原子都有一个特定的生存期。半衰期的意思是放射性原子的原子核有半数发生衰变时所需要的时间。例如铀原子的半衰期为45亿年。意思是，如果你等一个铀原子发生衰变，要等上45亿年，它才有50%的概率发生衰变。衰变的过程是，铀原子核会释放出一个α粒子(见图1-33)，然后把自己转变成钍(U(铀)-238→Th(钍)-234)。假设你有100亿个铀原子，那么在45亿年以后，就只剩下50亿个铀原子，而其他的铀原子则衰变成了50亿个钍原子。剩下的50亿个铀原子，需要再等45亿年，才会有25亿个铀原子再衰变成钍原子。然后剩下25亿个铀原子，需要再等45亿年的时间，才会由12.5亿个的铀原子再发生衰变。如此等等。对于铀原子来说，每隔45亿年就会有一半的铀原子发生衰变。对于半衰期，每种原子都是不一样的。例如，对于铀原子衰变而来的钍原子，只要等上8万年，就会有一半的钍原子释放出一个α粒子把自己转变成镤。由镤原子再经过一系列的几种原子的衰变过程，最终会成为不再衰变的铅原子。

图1-33 一个α粒子射出铀原子核示意图

那么我们现在要问，为什么一块铀矿石每时每刻都在发生着衰变——放射着α粒子，而不是要等上45亿年呢？答案是：如果你有90亿个铀原子，就会发生平均每年有一个铀原子发生衰变，只是你不确定哪一个铀原子会发生衰变而已。如果你有90亿×365天×24小时×60分钟×60秒钟所等于数目的原子，那么平均每秒钟都会有一个铀原子会发生衰变。而在一块铀矿石中拥有的原子数目远远大于这个数字，因此，你会在一块铀矿石检测到几乎每时每刻都会有发生衰变的现象。

(2)为什么原子会发生衰变

在经典物理学中对衰变的解释是，原子核中的质子、中子依靠强力作用将它们牢牢地束缚在一起。强力是短程力，其力的相互作用范围比较小，只对相互靠近的质子、中子产生力。质子与质子之间同时也存在着相互排斥的电磁力。电磁力是长程力，力是可以叠加的。当电磁力和强力相互作用平衡时，原子核就是稳定的。

如果一个原子的原子核过大时，因为在原子核最外层的质子受到的排斥力最大，因此就会让这个原子变得不稳定。即便是在此基础上，经典物理学也不允许发生衰变事件，但是按照概率的解释，就会发生量子隧穿现象，因此让本来无法逾越势位的α粒子穿越“势垒”向原子核外崩飞出去。