為什么探測(cè)不到質(zhì)子的衰變?
大統(tǒng)一理論SU(5)預(yù)言質(zhì)子會(huì)發(fā)生衰變,許多科學(xué)家將質(zhì)子是否會(huì)發(fā)生衰變視為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)模型正確性的重要證據(jù)。然而幾十年過去了,實(shí)驗(yàn)探測(cè)卻從未發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的衰變。筆者認(rèn)為,質(zhì)子衰變問題本質(zhì)是粒子穩(wěn)定性問題,下面先簡要討論系統(tǒng)相對(duì)論的粒子穩(wěn)態(tài)邊界條件。
1.物體和粒子的存在邊界條件
系統(tǒng)相對(duì)論認(rèn)為,物體和粒子的穩(wěn)定性取決于其臨界場(chǎng)[1]是否遭受破壞。換言之,如果粒子的臨界場(chǎng)完好無損,那么它們就處于穩(wěn)定狀態(tài);反之,如果粒子的臨界場(chǎng)被破壞,那么它們就處于不穩(wěn)定狀態(tài)。如圖所示,設(shè)cn粒子、電子、質(zhì)子、原子核及一般物體的表面空間密度分別為ρcn0、ρe0、ρp0、ρnu0、ρob0,外界空間密度為ρ,則它們的穩(wěn)態(tài)區(qū)間分別為:
ρ≤ρcn0,ρ≤ρe0,ρ≤ρp0,
ρ≤ρnu0,ρ≤ρob0
在現(xiàn)代物理學(xué)和系統(tǒng)相對(duì)論中,都將溫度、壓力視為環(huán)境條件,但在對(duì)溫度、壓力的理解上有所不同。在系統(tǒng)相對(duì)論中,壓力本質(zhì)是指爽子流體的內(nèi)部應(yīng)力,它與空間密度相對(duì)應(yīng),與其他無關(guān);溫度是指區(qū)域內(nèi)光子能量密度,通過光子的平均邊界空間密度ργb與壓力相對(duì)應(yīng)。因此,就粒子的穩(wěn)態(tài)條件而言,溫度和壓力都是通過是否破壞了粒子的臨界場(chǎng)而影響其穩(wěn)定性的。
在整個(gè)宇宙中,黑洞大爆炸臨界點(diǎn)是物體的最高存在邊界,對(duì)應(yīng)的溫度壓力為:ρcn0和Tmax;另一個(gè)極端是相鄰黑洞的場(chǎng)域邊界(即星際空間),它是宇宙中物體的最小存在邊界,對(duì)應(yīng)的溫度壓力為:ρ星際和Tmin(即星際溫度2.73K)。由此可知,在我們的宇宙中,物體(包括粒子)的存在邊界為:
ρ星際≤ρ≤ρcn0和Tmin≤T≤Tmax
上式也是宇宙的常態(tài)邊界條件。
2.原子核穩(wěn)態(tài)邊界
以放射性元素的原子核為例,這些元素在地球內(nèi)部時(shí),原子核的外界溫壓條件處于:ρ≤ρnuo 和Tdown≤T≤Tup區(qū)間內(nèi),這時(shí)原子核處于穩(wěn)態(tài)。當(dāng)這些元素因地殼運(yùn)動(dòng)從地球內(nèi)部來到地球表面時(shí),一方面因溫度降低而成為固態(tài);另一方面因原子核之間的光子密度減?。囟瘸龇€(wěn)態(tài)邊界Tdown),導(dǎo)致相鄰原子核之間相互作用增強(qiáng)、間距減小,進(jìn)而邊界空間密度ρ增大而超出穩(wěn)態(tài)邊界ρnu0。
即:ρ>ρnu0 和T<Tdown
如圖中放射性原子核溫壓曲線下端虛線部分,這時(shí)原子核因臨界場(chǎng)遭受破壞而處于不穩(wěn)定狀態(tài),且距離穩(wěn)態(tài)邊界越遠(yuǎn)越不穩(wěn)定,即放射性越強(qiáng)。
反之,如果放射性元素從地球內(nèi)部穩(wěn)態(tài)區(qū)進(jìn)一步向地心靠近,光子密度增大,原子核外界空間密度從原子核之間的邊界空間密度轉(zhuǎn)變?yōu)楣庾又g的邊界空間密度,當(dāng)光子之間的邊界空間密度高于原子核表面空間密度時(shí),原子核臨界場(chǎng)遭受破壞而處于不穩(wěn)定狀態(tài)。這時(shí):
ρ>ρnu0 和 T>Tup
如圖中放射性原子核溫壓曲線上端虛線部分。實(shí)際上,圖中ρnu0和Tup對(duì)應(yīng)的點(diǎn)是產(chǎn)生原子核條件,換言之,在上端虛線部分還不具備該原子核的產(chǎn)生條件,當(dāng)然也就不存在該原子核。一旦該原子核進(jìn)入這個(gè)區(qū)域,就會(huì)發(fā)生衰變。
3. 質(zhì)子會(huì)衰變嗎?
如上所述可知,質(zhì)子的穩(wěn)態(tài)邊界為:ρ≤ρp0
我們探測(cè)質(zhì)子衰變的實(shí)驗(yàn)條件位于質(zhì)子的穩(wěn)態(tài)邊界內(nèi),當(dāng)然也就探測(cè)不到質(zhì)子的衰變。
如果我們能夠構(gòu)建空間密度ρ高于質(zhì)子表面空間密度ρp0的實(shí)驗(yàn)條件,即ρ>ρp0,那么我們就很容易觀察到質(zhì)子的衰變了。加速器中被加速質(zhì)子的碰撞就構(gòu)建了質(zhì)子衰變的條件。

粒子穩(wěn)態(tài)性與環(huán)境的關(guān)系
參考文獻(xiàn):
[1] 劉泰祥.系統(tǒng)相對(duì)論[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2012:33-36,67-71.
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物理意義
責(zé)編/高妍
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