原子、質子、中子、電子等微觀粒子有壽命嗎?答案顛覆三觀

如何評判一個粒子的壽命？

如今我們通常認為古希臘是科學的發源地，在古希臘有個學者叫德謨克利特，他提出了著名的原子論，他認為宇宙是由原子和虛空構成的，其中原子的定義就是不可再分的粒子。德謨克利特的「原子」其實我們現在的原子定義已經不一樣了，而且他僅僅是從哲學思辨的角度來詮釋。

但是德謨克利特其實給我們提供了一個很重要的思路，構成物質的基本單位其實可以從可不可再分來切入。「原子、質子、中子、電子等粒子」是不是存在著壽命，其實也是遵循著這條規律。我們都知道，原子是由電子和原子核構成的，其中電子已經不可再分了，而原子核又是由質子和中子構成，質子和中子並非是不可再分的，而是可以繼續往下分，還能再分為夸克。

按照目前的理論來看，夸克和電子已經是不可再分的。因此，科學家下了這麼一個定義，他們把像夸克、電子這一類粒子稱為基本粒子，是不可再分的。其中包括夸克家族和輕子家族，輕子家族有電子、μ子、τ子和中微子。

而粒子物理標準模型中的光子、Z玻色子、W玻色子、膠子億希格斯玻色子，實際上是傳遞作用的，是基本粒子的粘合劑，正是有了它們才能夠成粒子。

基本粒子的壽命

通過這樣的方式，我們把原子、原子核、質子、中子和夸克家族、輕子家族的粒子區分開。那我們就先來說說基本粒子的壽命。按照目前的理論，它們都是沒有壽命的，或者我們可以理解成它們宇宙同生同滅，宇宙的壽命就是這些基本粒子的壽命。

就拿夸克來說，夸克是被強相互作用束縛在質子或者中子內的。強相互作用的機制和我們熟悉的引力正好相反。一定的尺度內，強力隨著夸克之間距離的增大而增大，所以夸克就被束縛在了一定的範圍之內，夸克就好像被關了禁閉一樣。

原子和原子核

除了基本粒子，其他的粒子理論上應該都是有壽命的，這裡要強調一下，理論上是有的。我們用半衰期來描述這些粒子的壽命，意思是如果你有一坨同一類的粒子，一般的粒子發生了衰變所需要的時間就是半衰期。

科學家發現，原子序數高於鐵元素的原子都有裂變的趨勢，也就是變成兩個更小的原子核。當然，不同的原子的半衰期其實是不同的。

在軍事方面所使用的原子彈，其實就是利用到了這一點，用一個中子去撞擊U235，使其裂變成兩個更小的原子核，整個過程丟失一部分質量，這部分質量以能量的形式釋放出來。

我們比較常見的衰變其實有三種，分別是α衰變，β衰變，γ衰變。

前兩種衰變都屬於原子核層面的衰變，前者釋放出一個氦原子核，後者釋放出一個電子。而一般都會伴隨著γ射線，這是放出一定的能量讓自己穩定。所以，原子和原子核應該結合起來看，原子的衰變本質上就是原子核的衰變，所以，它們都是有壽命的。

質子和中子

質子和中子的情況要稍微複雜一點。它們到底會不會衰變，實際上和它們所處的環境有很大的關係，就拿中子來說，如果不是被束縛在原子核內，那這個自由中子大概平均15分鐘就會發生衰變。

但如果是束縛在原子核內的中子，就不太容易發生衰變。但並不是不衰變，只是很少會發生，發生的也是β衰變，上文已經提到了，這裡就不贅述了。

同樣的，沒有被束縛在原子核的質子也容易發生衰變。但是，質子有個很奇怪的現象，那就是束縛在原子核內的質子至今也沒有發生一例衰變的現象。因此，我們不知道質子在原子核中有沒有半衰期，或者半衰期是多少。相關的假說也有很多，但並沒有得到實驗證實。所以，質子在原子核內的半衰期其實是一個謎，照現在的形式來看，如果我們的理論物理學沒有大幅度的突破，那這個謎可能永遠都解不開。

總結

最後，我們來總結一下，我們可以把粒子分為基本粒子和非基本粒子。

基本粒子沒有壽命，和宇宙同生同滅。非基本粒子中，原子和原子核的壽命其實是一回事，是有壽命的。沒有束縛在原子核內的中子和質子都會發生衰變，也就是都有壽命。而被束縛在原子核內的中子也有壽命，但要遠比只有的中子長得多，至於束縛在原子核的質子的壽命目前還只是一個謎。