第八百七十二章 再次照亮物理大一统前景的灵感火花！

第八百七十二章 再次照亮物理大一统前景的灵感火花！ (第2/2页)

而秦克则开始着手进行数据分析、数学建模，寻找解决核污水的问题，也就是放射性元素的放射问题。
　　
　　放射性元素最大的特征是不稳定，它会从一种物质变成另一种物质，其变化根本在于原子核的变化——是的，放射性元素会自发地从不稳定的原子核内部放出粒子或射线（如α射线、β射线、γ射线等），同时释放出能量，最终衰变形成稳定的元素而停止放射的元素。
　　
　　一般原子序数在84以上的元素都具有放射性，原子序数在83以下的某些元素如锝（Tc）、钷（Pm）等也具有放射性，不同的放射性元素衰变的半衰期都不一样，有快有慢，比如放射性碘同位素129I的半衰期为一千五百多万年，而氡-222的半衰期只有3.8天。
　　
　　半衰期快慢是由原子核内部自身决定的，与外界的物理和化学状态无关。
　　
　　但放射性元素的放射问题不能通过物理、化学、生物等方式去除，只能通过自然衰变或者嬗变等方式去除。
　　
　　所以放射性元素的无害化难度非常高，除非能想法子解决它原子核内部的不稳定性问题，防止或者化解掉“衰变”。
　　
　　秦克最初的想法是想从量子层面甚至粒子物理的层面去研究放射性元素的原子核不稳定问题。
　　
　　A+级知识《放射性元素的奥秘》里记载的知识，也印证了秦克的想法。
　　
　　元素的放射性与质子和中子的数量存在着特定的关系，比如氢有三个同位素，分比为氕、氘、氚，氕只有1个质子，而没有中子，氘拥有1个质子和1个中子，而氚则拥有1个质子和2个中子，在氢的三种同位素之中，只有氚是具有放射性的。
　　
　　为什么质子与中子的数量与放射性有关？
　　
　　因为将质子与中子结合在一起形成原子核的，就是强相互作用力，即强力。同时质子也是由两个上夸克和一个下夸克通过胶子在强相互作用力的作用下构成的，可以说强力是保持原子核内部稳定的关键因素之一。
　　
　　但原子核之中不仅有强力，还有着另外的一种力——电磁力。
　　
　　电磁力在原子核之中是以“排斥力”的身份存在的，一般情况下，电磁力与强力相比要弱小很多，这种排斥力并不会影响到原子核的稳定性，可电磁力是长程力，强力则是短程力，在原子核内部因为作用距离长，所以电磁力是可以叠加的，而作用距离很短的强力却无法叠加。
　　
　　原子核内的强力不会发生变化，而与其相对的电磁力却会因质子数量的增加而增大，所以当原子核内质子数量达到足够多时，电磁力便可以与强力相抗衡了。当原子核内的电磁力大到足以抗衡强力时，原子核内部力平衡就会被打破，从而导致原子核变得极不稳定。
　　
　　——这就是为什么原子序数在84以上的元素都具有放射性。
　　
　　不平衡状态要变回平衡，就像天平的两端不平衡，要么增加轻的那端的质量，要么减小重的一端质量。
　　
　　放射性元素的解决办法是将多余的质子中子释放出去，使力与内部能量恢复平衡，这就是衰变过程。
　　
　　衰变过程根据释放的形式不一样（如α射线、β射线、γ射线等），产生的能量不同，分为α衰变、β衰变、γ衰变。
　　
　　α衰变是一种核裂变，当中涉及量子物理学中的隧穿效应。原子核内的质子和中子是往往以α结团的形式组合在一起，也就是两个质子和两个中子，所以当一种元素向外扔出去一个α结团，就是发生了一次α衰变，减少了两个质子和两个中子，所以α射线亦称α粒子束，高速运动的氦原子核，带正电。简而言之，α衰变和隧穿效应、强相互作用作用有关。
　　
　　β衰变是指放射电子（β粒子）和中微子而转变为另一种核的过程。因为β衰变实质是在弱力的作用下，一个中子转化为质子，产生名为β射线的高速运动的电子流e。简而言之，β衰变和弱相互作用、能量最低原理有关。
　　
　　γ衰变是原子核从不稳定的高能状态跃迁到稳定或较稳定的低能状态，并且不改变其组成成分的过程，它和能量最低原理有关。在γ衰变中会放出γ射线，这种射线是波长短于0.01埃的电磁波，具有波粒两重性，不带电。
　　
　　一种放射性元素可能会发生α衰变、β衰变和γ衰变，比如最著名的铀。
　　
　　但关键问题是，无论α衰变、β衰变还是γ衰变，它的发生时刻是随机的，即衰变是一种随机事件，任何一种放射性元素都可能在下一秒就发生衰变，也可能在10亿年后才衰变。至于半衰期描述的只是一种概率时间，即大量的同类放射性元素集合在一起时，大概有一半的元素发生衰变的时间。
　　
　　想让放射性元素无害化，关键在于控制这种“衰变随机事件”。比如让它们10亿年、100亿年地不发生衰变，自然就没有放射性危害了，又或者控制它们在同一瞬间同时发生衰变，转化为无害物质。
　　
　　可惜至今为止，都没任何理论能解释这种随机性，也没有任何一种理论能控制这种随机性。
　　
　　《放射性元素的奥秘》只是A+级知识，并非S级知识，它还有待完善之处，或者说缺失了一块拼图。
　　
　　秦克认为，想补上这块拼图，就要研究清楚强力与电磁力之间的关系。
　　
　　从二月起，秦克就一直与宁青筠、爱德华·威滕教授研究“强相互作用力与电磁力的理论统一”课题，后来邱老先生、凯伦·乌伦贝克教授也加入其中，共同对规范群为SU(3)×SU(2)×U(1)的规范场论进行深入的优化与拓展。
　　
　　经过近四个月的研究，与数位规范场论大宗师的反复思维对碰，再加上从这份《放射性元素的奥秘》里产生的疑问中获得的灵感，秦克感觉自己即将握住了将强相互作用力与电磁力之间真正关联统一起来的关键钥匙。
　　
　　他叫上宁青筠，两人将晚上的时间都投入到这个课题的研究之中。
　　
　　在6月16日父亲节这天的早上，距离笑笑和铮铮满月还有一天，秦克脑海中终于迸现出灵感的火花。
　　
　　这将会是，再次照亮物理大一统前景的灵感火花！
　　
　　(本章完)