为什么原子为什么会有半衰期？

在网上查了些资料，自认为以下这些理论是比较易懂的。

刚好查到知乎上有个这样的问答：

这个问题该当分两个步骤来阐明：

有位博主阐明得不错：

原子存在半衰期，是由于该原子的原子核不稳定，然后通过衰变的形式转化为其他原子。

人类目前创造的化学元素有118种，每种元素还拥有同位素，个中很多同位素都具有半衰期，韶光从几纳秒到几十亿年不等；比如碳-14的半衰期为5730±40年，指的是一定量的碳-14，在5730年后将有一半发生衰变，再过5730年后，将有3/4的发生衰变。

碳-14的半衰期

半衰期是一个统计数值，只针对大量的衰变物有效，对付单个原子来说，半衰期没有任何意义，由于科学家根本无法预言单个原子的衰变韶光。

原子核由质子和中子构成，它们之间通过强相互浸染连接，由于质子带正电荷，以是质子间会产生排斥力，好在强力是电磁力的100倍，以是原子核不会由于质子间的排斥力轻易解体。

四种相互浸染

但问题在于强力是短程力，只在10^-15米的尺度有效，而电磁力是长程力，可以无限叠加，以是当原子核的质子数目过多后，质子间的排斥力将会越来越大，导致原子核分裂，比如82号化学元素铅，便是最大的非放射性元素，然后越大的化学元素，半衰期基本越短。

元素衰变和自身的能量息息相关，就如一个小球，我们放在山顶、平面和山底时，由于重力势能，山顶的能量最高也最随意马虎失落去平衡，而山底的能量最低也最稳定。

原子核中也存在类似的能量关系，原子核中的均匀核子质量越高越不稳定，也最随意马虎发生衰变，半衰期也越短，反之亦然。

在所有化学元素中，铁-56的均匀核子质量是最低的，以是铁-56是最稳定的原子，在宇宙中，恒星聚变的终极产物便是铁-56，重元素衰变也是朝着铁-56靠拢。

而单个原子的衰变由量子力学概率决定了，我们可以打算出单个原子的衰变概率，但是无法预言单个原子衰变韶光，大量的衰变原子放在一起，统计学就可以给出一个半衰期。

这个问题，收录知乎的两个回答：

第一位答主

虽然过去了好几年，我还是回答一下：首先题主（提问时高二，现在该当大二了）提的问题非常好、很深刻！
但比较遗憾的是十几个回答虽各有代价，但针对性不太强。

我试着针对几个层面都做一下回答。

1.原始问题层面

准确的提法该当是：原子核为什么会有稳定的半衰期

？（衰变的是原子核；而限定词”稳定“是由于数学上可以对很多统计征象定义半衰期，却大多并不稳定）

1.1 首先阐述下问题背景作为理解上的条件共识。

原子核的衰变分α衰变和β衰变两大类，后者又细分为三种：

a) α衰变: 原子核中跑出来α粒子（即He核），核内少了2个质子和2个中子；

b) β+衰变: 原子核中跑出来β+粒子（即正电子），核内少了1个质子、多了1个中子；

c) β-衰变: 原子核中跑出来β-粒子（即电子），核内少了1个中子、多了1个质子；

d) 轨道电子俘获: 原子核俘获一个核外轨道电子，核内少了1个质子、多了一个中子。

1.2 其次观点辨析一下原子核的特色及其改变。

原子核首先有（中子数，质子数）这一特色，由于最小浸染事理，这两个数字的二元组即作为原子核的种别。
也便是说两个原子核的中子数和质子数都相等时，便为同一种原子核；逻辑上中子和质子间可能有着繁芜多样的组合堆叠或浸染办法，但是固天命目的中子和质子在一起时有着唯一的最佳组合状态。

所谓衰变，便是原子核的数值特色二元组（中子数，质子数）发生了变革。

1.3 我们可以从4种衰变可以看出，第四种轨道电子俘获依赖于核外电子

的情形。
那么这种原子核衰变的半衰期便是可以随环境变革乃至人为改变的。

在2006年《欧洲物理杂志A：强子与核

》揭橥了B.Wang等人的文章，已经证明，通过用钯原子包围铍原子，铍-7

的电子俘获半衰期延长了0.9%。
虽然改变幅度很小，但已经可以确定它明显有别于前三种不受核外成分影响的衰变。

Wang, B., Yan, S., Limata, B.et al.Change of the7Be electron capture half-life in metallic environments.Eur. Phys. J. A28,375–377 (2006). https://doi.org/10.1140/epja/i2006-10068-x

2.对题主核心问题的解答

现在终于可以聚焦问题的核心了：即原子核的前三种衰变为什么会有稳定的半衰期呢？

（为了后文阐述上的简便，还必须声明，详细不雅观测和丈量时同一原子核半衰期的丈量值差异仅作为丈量偏差，而非作为反例证明半衰期不固定。
）

有几位答主提及了单个原子核衰变的不愿定性，目前量子科学前沿认知也确实如此。

但从数学上来说，对付大量原子核来说，这种不愿定性的大小及其随韶光的分布却是确定的，可以用概率分布来描述。
从而这个衰变概率分布便对应着一个很简洁、很好用的特色，即半衰期。

个中关键点不是这个概率分布详细表达或显式公式是什么，而在于它跟过去无关。
也便是说一个原子核衰变的概率跟它已经活了多久没紧要。
这实质上是前面原子核可以表示为（中子数，质子数）的一个反响，由于这两个数字中没有原子核的寿命或生活史。

于是，原子核前三类衰变的半衰期，实际上是二维正整数笛卡尔空间NxN上的一个函数。

再运用于题主的数值示例，实际上是逆向理解半衰期这个观点，即第一个半衰期的出发点到终点，半衰是指终点处原子核数目是出发点处的一半，而第二个半衰期的出发点到终点，半衰仍旧是指其终点处原子核数目是其出发点处的一半。
这便是纯粹的笔墨理解和数学打算了，反而是很多不问为什么的人很拿手的。

3.关于提问与回答

一样平常来说，问题并不总是有完美的答案。
以是回答时，除了给出直接答案外，热心人也可以给出得到答案的线索。
比如等你终年夜了便懂了、等你上了大学便能学到更专业的知识了、或者这须要一个专祖传授来回答。
也可能是给出一个文献的题目或资料的网址链接等说，你要的答案在这里面。

对付题主的这个问题，并不真的须要大学里的量子力学、相对论之类的博识知识。

实际上我以为反响的是，在科学课程中缺少科学思维的专门演习，缺少科学方法特殊是数学方法的举一反三和举一反三。
高新科技中确实包含很多博识繁芜的知识，但大多仍是普通逻辑和基本知识可以辨析清楚和理解到位的；知识的专门化实际上是扁平化，让新入门者和继续者能够快速节制运用乃至发展它。

4.题外话

我来到这儿是由于日本政府在2021年4月13日正式决定福岛核事件

处理的废水将排放到太平洋中，而为此查阅一些干系资料。
希望人们（高中生乃至普罗大众）能理解核废水、太平洋流、放射物

的生物富集等知识，从而能恰当地发出舆论声音、做出经济选择，乃至形成政治方向。

第二位答主

特殊赞许第一位答主的这一段话：