為什么探測不到質(zhì)子的衰變？

文/劉泰祥

系統(tǒng)相對論連載之六：

大統(tǒng)一理論SU(5)預(yù)言質(zhì)子會發(fā)生衰變，許多科學(xué)家將質(zhì)子是否會發(fā)生衰變視為檢驗標(biāo)準(zhǔn)模型正確性的重要證據(jù)。然而幾十年過去了，實驗探測卻從未發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的衰變。筆者認為，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)相對論認為，物體和粒子的穩(wěn)定性取決于其臨界場[1]是否遭受破壞。換言之，如果粒子的臨界場完好無損，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

粒子穩(wěn)態(tài)性與環(huán)境的關(guān)系

在現(xiàn)代物理學(xué)和系統(tǒng)相對論中，都將溫度、壓力視為環(huán)境條件，但在對溫度、壓力的理解上有所不同。在系統(tǒng)相對論中，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而影響其穩(wěn)定性的。

在整個宇宙中，黑洞大爆炸臨界點是物體的最高存在邊界，對應(yīng)的溫度壓力為：ρcn0和Tmax；另一個極端是相鄰黑洞的場域邊界（即星際空間），它是宇宙中物體的最小存在邊界，對應(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，原子核的外界溫壓條件處于：ρ≤ρnuo和Tdown≤T≤Tup區(qū)間內(nèi)，這時原子核處于穩(wěn)態(tài)。當(dāng)這些元素因地殼運動從地球內(nèi)部來到地球表面時，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、間距減小，進而邊界空間密度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，這時原子核因臨界場遭受破壞而處于不穩(wěn)定狀態(tài)，且距離穩(wěn)態(tài)邊界越遠越不穩(wěn)定，即放射性越強。

反之，如果放射性元素從地球內(nèi)部穩(wěn)態(tài)區(qū)進一步向地心靠近，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，原子核臨界場遭受破壞而處于不穩(wěn)定狀態(tài)。這時：

ρ＞ρnu0和 T＞Tup

如圖中放射性原子核溫壓曲線上端虛線部分。實際上，圖中ρnu0和Tup對應(yīng)的點是產(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。一旦該原子核進入這個區(qū)域，就會發(fā)生衰變。

3.質(zhì)子會衰變嗎？

如上所述可知，質(zhì)子的穩(wěn)態(tài)邊界為：ρ≤ρp0

我們探測質(zhì)子衰變的實驗條件位于質(zhì)子的穩(wěn)態(tài)邊界內(nèi)，當(dāng)然也就探測不到質(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的實驗條件，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。

[1] 劉泰祥.系統(tǒng)相對論[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻出版社,2012:33-36,67-71.

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