О радиоактивном распаде

О радиоактивном распаде.

Радиоактивный распад по сути своей явление, описываемое квантовой механикой. Причём очень хорошо. Постараюсь привести аналогию, но сразу предупреждаю, что квантовая механика настолько далека от ОБЫДЕННЫХ понятий, что полной и однозначной аналогии быть не может (поройтесь по этому поводу в сети и обнаружите, что она озадачила и Эйнштейна. Как человек, он её не смог принять, хотя соглашался со всеми выкладками и совпадением с экспериментами).
Так вот, в нестабильных элементах ядру энергетически выгодно быть не целым, а развалится на кусочки. Но есть барьер из внутриядерных сил, который не даёт это сделать сразу. Представьте себе, вы на вершине горы, окружённой  забором. По идее катится вниз энергетически выгодно, но для того, чтобы начать путь, необходимо преодолеть двухметровый забор одним прыжком. А вы не можете, у вас энергии (умения, сил) только на 143 сантиметра. Где набрать недостающие 57? Энергия, которая пойдёт на преодоление забора, тут же вернётся, когда вы будете лететь с той стороны вниз. То есть с точки зрения величины потенциальной энергии всё равно, с какой стороны забора вы стоите. Если уже стоите. А вот процесс преодоления тема отдельная ))  Вот тут-то аналогия с человеком и забором перестаёт работать.  А полностью проявляются законы квантового мира. 

Дело в том, что закон сохранения энергии выполняется статистически. То есть ничто не мешает появиться из вакуума частице (точнее паре частиц). Да, и не надо вакуум воспринимать как пустоту, физический вакуум - сложная полевая структура.

 Если будут выполнены определённые условия. Масса частиц (или энергия покоя через знаменитую формулу Эйнштейна), умноженная на время, на которое появляется частица, чтобы исчезнуть должна быть меньше или равна постоянной Планка делённой на два.  Подробно можете найти или в книгах по квантовой механике или в википедии. Соответственно вакуум «кипит», отсюда неединичная диэлектрическая проницаемость вакуума, эффект Казимира и многое другое (см. википедию и книжки). Под кипением понимается акты постоянного рождения и гибели (вернее исчезновения и появления, а то как-то антропоморфно получается) пар частица-античастица. Почему пар? Закон сохранения заряда, причём не только электрического, никто не отменяли, поэтому пары - чтобы сумма зарядов равнялась нулю.  И эти частицы могут на краткое время «поделиться» энергией с окрестностями при условии, что она тут же вернётся (“тут же” - понятие не физическое, но нужны будут конкретные формулы в приложении к конкретному явлению, наковыряю и их, что не найду - друзья теорфизики помогут) и значит частичкам, окружённым потенциальным барьером, есть откуда взять энергию на время.

А суть величины периода полураспада вещества - это вероятность этого события для данной квантовомеханической системы. И её можно рассчитать, только количество вычислений для чего-то сложнее, чем водород, уж очень велико (Может, появятся квантовые компьютеры и станет легче ).)) )
Признаюсь честно, как сейчас обстоит дело с квантовомеханическими расчётами, я не знаю. Можете выяснить сами в инете.

Единственная аналогия, хотя очень натянутая (даже несколько дурацкая) - это что возле вас и забора постоянно появляются и исчезают личности, причём на хорошей скорости.  Иногда они появляются так, что при этом вас пинают, вы подлетаете вверх и, упав обратно, возвращаете пнувшему энергию, и он исчезает (предупреждал, аналогия дурацкая). И вот если в этот момент вы как раз подпрыгнули сами, а у пнувшего было достаточно энергии, может получиться так, что пнули вас внутри забора, а приземлились вы уже снаружи на этого виртуального типа, который вас пнул (сразу вспомнился анекдот, что ёжик - птица гордая: пока не пнёшь - не полетит! А слово виртуальный переводится как возможный.). То есть энергии у вас ровно столько же, сколько и внутри забора?  Так точно! Но!  Если внутри забора вас сдерживали силы внутриядерного взаимодействия, очень быстро уменьшающиеся с расстоянием (они и были тем забором), то теперь начинают превалировать силы электростатического отталкивания. Ядро состоит из одноимённо заряженных протонов и нейтральных нейтронов, вместе их и удерживает сильное взаимодействие. (Сильное - в данном контексте, физический термин. Есть ещё и слабое. Физикам тоже не чужд юмор и аналогии. Почитайте, например, книгу «Физики шутят» и «Физики продолжают шутить», у меня ещё бумажные есть. Про сильное взаимодействие посмотрите в википедии, непонятно - напишите, попытаюсь объяснить. А прикольных названий в физике хватает, чего стоят «Очарованные» частицы и «странные» кварки. Да и само происхождение слова кварк посмотрите в инете. )))) Так вот, сильное взаимодействие побеждено для данного протона или сгустка протонно-нейтронного вещества, и эти «отщепенцы» разлетаются под действием электростатического отталкивания. Летят быстро, со скоростью десятки тысяч километров в секунду.  В среднем. Тормозятся об окрестные молекулы, разнося их в дребезги. Этим и опасно радиоактивное вещество для живых существ. Для  молекул, из которых состоит наш организм, это как пули из пятилинейной винтовки (линия  - одна десятая дюйма 2,54 мм. Соответственно, три линии  - 7,62 мм - «трёхлинейка», пять линий  - 12,7 мм.  Это я так, знаниями делюсь. Дети недавно спрашивали, где линии на трёхлинейке, я объяснял, откуда название)
Ещё опасней, когда радиоактивное вещество попадает вовнутрь организма, и распадается такой активный атом уже внутри клетки, и летят клочки по переулочкам.