圖1…33一個α粒子射出鈾原子核示意圖

那麼我們現在要問，為什麼一塊鈾礦石每時每刻都在發生著衰變——放射著α粒子，而不是要等上45億年呢？答案是：如果你有90億個鈾原子，就會發生平均每年有一個鈾原子發生衰變，只是你不確定哪一個鈾原子會發生衰變而已。如果你有90億×365天×24小時×60分鐘×60秒鐘所等於數目的原子，那麼平均每秒鐘都會有一個鈾原子會發生衰變。而在一塊鈾礦石中擁有的原子數目遠遠大於這個數字，因此，你會在一塊鈾礦石檢測到幾乎每時每刻都會有發生衰變的現象。

（2）為什麼原子會發生衰變

在經典物理學中對衰變的解釋是，原子核中的質子、中子依靠強力作用將它們牢牢地束縛在一起。強力是短程力，其力的相互作用範圍比較小，只對相互靠近的質子、中子產生力。質子與質子之間同時也存在著相互排斥的電磁力。電磁力是長程力，力是可以疊加的。當電磁力和強力相互作用平衡時，原子核就是穩定的。

如果一個原子的原子核過大時，因為在原子核最外層的質子受到的排斥力最大，因此就會讓這個原子變得不穩定。即便是在此基礎上，經典物理學也不允許發生衰變事件，但是按照機率的解釋，就會發生量子隧穿現象，因此讓本來無法逾越勢位的α粒子穿越〃勢壘〃向原子核外崩飛出去。

那麼什麼是量子遂穿現象呢？

在經典物理學中，例如一顆檯球是無法穿過牆壁到達牆的另一側的。但是，在量子力學中，將光子、電子等粒子看成是波。波有一個特性，就是有一小部分可以穿過牆壁。例如，你對著一面牆壁大喊一聲，99％的聲音都被反射回來了，但是有1％的聲波會衍射穿過牆壁。因為粒子，例如電子或中子是粒子也是波，因此假設你向一面牆壁發射100次的電子，按照假設波穿過牆壁的1％的機率，就會有一個電子穿過牆壁出現在牆的另一側（見圖1…34），而這在經典力學中是根本無法解釋的。正因為有了這樣的量子力學的遂穿現象，才會讓一個鈾原子核中的α粒子在45億年中有50％的機率遂穿過本來無法逾越的〃位勢〃（牆壁），跑到原子核外面去。總之，只有在對量子機率的解釋為正確的前提下，才會發生量子遂穿效應，進而會發生放射性原子衰變的事件。

圖1…34一個粒子會有一定的機率穿過牆壁，這在經典物理學中是絕對不可能發生的事情

量子遂穿現象在許多分子中都在發生。例如，如果沒有量子遂穿現象，宇宙中就不會合成任何的有機分子。又如，在人體葡萄糖氧化酶中的氧原子核也會發生量子遂穿效應。

那麼我們要問，你是否可以像電子一樣遂穿過一面牆壁呢？答案是〃可以〃。你可以穿牆而過，但是因為需要你身體中的所有電子、原子同時發生遂穿才可以。但這就需要你站立在牆壁前面等許多年才會發生這樣的遂穿。要等多少年呢？宇宙至今的年齡是137億年，而你至少需要等100億個137億年以上的時間，才會發生存在這一機率的事件。

總結：原子發生衰變的根本原因是，電子、質子等粒子必須既是粒子也是波。一個粒子會以其波函式的機率性出現在空間中的某一處，因此才會發生一個α粒子穿越原子核的束縛跑到原子核以外的機率事件。

第19節：薛定諤的貓

3。薛定諤的貓

愛因斯坦一點也不相信機率的解釋，他不相信世界上竟然存在一個無法預測和確定的事件。同時愛因斯坦及一般大眾認為，外在世界是獨立存在的，觀測者透過觀察就能夠觀測到真相。因此，他對機率的解釋說了一句著名的話：〃上帝不擲骰子。〃正因如此，追隨愛因斯坦的薛定諤也絕不同意這一荒誕的想法，即觀測會影響被觀測事物的本質特性，因而在1935年，薛定諤專門發表了一篇論文。在論文中，他假想了一個實驗用來說明哥本哈根詮釋中對機率的解釋是多麼荒謬。這個實驗就是後來非常著名的〃薛定諤的貓〃。具體假想實驗如下：

如圖1…35所示，想象有這樣一個密封的盒子：在盒子中放上一隻貓、一小塊放射性鈾礦石。這塊放射性鈾礦石在一小時內會有50％的機率發生一次α粒子的衰變事件。在盒子中有一個殘忍的釋放毒氣的裝置與α粒子衰變事件聯動在一起。如果一小時內發生了α粒子衰變事件，這個裝置就會觸發毒氣裝置釋放出毒氣，將貓毒死。如果沒有發生，貓就是活的。

圖1…35薛定諤貓的假想實驗裝置

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