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《质子自传》
挚友
芫荽    来源社团:南方科技大学科幻协会...
得票 10 阅读 1493 评论 1

就在我放弃了寻找伙伴的渺茫希望时,一个身影映入我眼帘。尽管我和大部队分开的时间是如此之久,但我还是能从他与我相仿的身形中认出他是中子①。我向他移动过去,突然感觉到有某种力量把我拉向他,等到近得即将相撞时,又感觉到一股力量阻止我接近他②。

“好幸运,竟然能在这遇见你。”中子说。

“我也觉得很幸运,你不知道我独自在这里飘荡了多久,终于遇见了一个可以说话的东西了。”我十分激动地说。

“我们感到幸运的地方可能不同,如果再过一会儿还没有与你相互作用的话,我将不复存在了。”

“什么意思?”

“我会变成质子并释放出一个电子和一个反中微子③。”

“你为什么会变成我的同类?”

“我也不知道,我只是见过和我一起同行的中子们有些忽然就变了,而他们附近和质子结合在一起的中子过了很长时间都没有变成其他的东西。”

“所以你才会突然把我拉向你防止我逃走,之后发现我没有离开的意思又推开我让我不离你太近?”

“这不是我干的。我也不知道为什么会这样,而且不是每个中子和质子都会有这种力,据说只有自旋平行的才会感觉到比较强的力。”

“自旋是什么④?”

“你可以理解为自己绕着自己旋转。”

“可是我们并没有自己绕着自己转啊⑤?”

“只是想象而已,至于具体是什么我也不知道⑥。”

接下来的一长段时间里,我都沉浸在中子的冒险历程中,虽然他比我出现得晚,但他是与一大堆中子一起扩散,旅途见闻比我这个独行者丰富得多。但我对于中子所说的一切都有些半信半疑,没有亲身经历过,只靠我孤独的游荡之旅怎么都无法想象他描述的那些场景,但是当故事听却很不错。

“既然和中子群们一起的经历那么有趣,为什么你最后单独飞出来了呢?”

“我也不想的,只是我旁边的那个中子毫无征兆地衰变了,释放出来的能量将我震飞,还是向着远离大部队的方向。”

“那你和我在一起了,是不是就不会毫无征兆地衰变呢?”

“我不知道,可能只是能以中子的形态存在得久一些。如果只是我们那些中子们在一起,每过一段相同的时间,我们之中可能就会只剩一半成员⑦。尽管如此,我们却推测不出某个时刻哪些中子会衰变,也不知道我或者其他中子们什么时候会衰变⑧。”我被中子绕晕了,不过还是保持微笑假装听懂了的样子。

“我以前有一个朋友,我刚加入中子群时谁都不认识,也因为太过羞涩不敢去结交他们,是他最初来和我搭话,把我介绍给其他的中子们,就连我和你讲的那些故事,一大半都是他曾经和我讲过的。可是有一次,我们正在互相问着脑筋急转弯,他突然很严肃地问了我一个问题‘你知道什么东西能解答所有的问题吗?’我冥思苦想许久也猜不出来,他看着我的样子哈哈大笑,说着:‘这是我瞎编的一个问题,我来告诉你吧,这个东西就是……’话音未落,它的身体猝不及防地爆裂开来,变成了飞散的质子、电子和中微子,朝着不同的方向远去。而受到惊吓的我,只能眼睁睁地看着这一切发生,甚至连句道别也来不及说。”中子看着有些失落,这使我觉得这段故事很可能不是他胡编乱造的。

“那么你现在知道什么东西能解答所有的问题吗?”我问中子。“不知道,我每次思考这个问题时,脑海中总会浮现出他该开始大笑着而后突然爆裂的情景,我不忍回想。”中子苦笑着,无奈地说。

我俩相伴了许多时光,我觉得应该比我独自游荡的时间要长许多,不过有中子有故事,我并不在乎晃悠了多久。浩瀚无垠的大背景下,我们想去哪便去哪,反正哪里都几乎没有区别,我甚至怀疑整个世界只剩下了我和他,直到一个电子的加入⑨。

注释:

1. 质子和中子的质量及大小都相似,只是前者带正电后者不带电。

2. 大爆炸发生后10s-10^13 s(约380千年),质子和中子开始形成原子核。核力(原子核中的力)是短程力,只有在几个飞米(大概是原子核的线度,1飞米-15米,飞米是为了纪念意大利物理学家费米而设立的长度单位,我也不知道为什么不翻译成费米┓( ´∀` )┏)内才发生作用;核力是强相互作用力,而且在距离较远时表现为吸引力,在距离较近时表现为排斥力。然而到目前为止,关于核力是怎么产生的及其具体的表达式是什么等基本问题依然没有答案。

3. 中子的衰变,自由中子的半衰期约为10分钟11秒(半衰期:当很多很多很多中子或其他会发生衰变的某种粒子聚集在一起时,其中有一半的粒子发生衰变所需要的时间)。但是与质子结合在一起的原子核中的中子衰变的概率会小很多。中微子:中微子是一种中性的质量极小的基本粒子,在自然界中广泛存在但与物质的相互作用十分微弱。

4. 核自旋:1924年,泡利为了解释原子光谱的超精细结构,提出了原子核作为一个整体必须有自旋的假设。但是直到1932年查德威克发现中子之后,人们才理解核自旋的起源,质子和中子都是费米子(自旋为1/2的奇数倍的粒子叫做费米子,为偶数倍的粒子叫做玻色子),所以原子核的自旋应该是中子和质子的轨道角动量和自旋之和。电子自旋:根据施特恩-盖拉赫实验中氢原子束出现偶数分裂的实验结果,两位荷兰学生乌仑贝克和古兹米特提出了电子自旋的概念。

5. 如果假设电子自旋是电子绕着自己转的话,为了达到1/2的自旋角动量,通过计算可以得出电子边缘的线速度将会超过光速,所以电子自旋的概念一提出就遭到了很多质疑,但是这个概念能很好地解释很多实验现象,因此保留下来。(等等,不是说质子和中子的自旋吗?现在电子还没正式出场呢!啊咧,就算下章预告吧。)

6. 我也不知道。

7. 半衰期是指放射性核素衰变其原有核数一半所需的时间,这是一个统计学上的概念,需要粒子数足够多才有意义。如果最开始粒子数为N的话,那么经过时间t之后还剩下的粒子数为N*e-λt, 其中λ代表粒子在单位时间内发生衰变的概率,当e-λt/2时的t的取值就是半衰期。

8. 任何一个中子在什么时候衰变是不可预告的,但是它在任意时刻的衰变概率是可以预知的。不仅对于中子,对于其他能衰变的粒子也一样。可以类比抛一枚硬币,你不能预知它落下后会正面朝上还是反面朝上,但是你可以预知二者的概率都是1/2。(或许有人会说理想情况下知道硬币的初速度、受力情况、空气密度等再根据流体力学经过一通暴算也是可以预知硬币落下时会正面朝上还是反面朝上的,emmm,我只是举个例子方便你们理解,你们那么认真干嘛。)

9. 大爆炸发生38万年后,电子开始和原子核形成中性的原子。那为什么之前不形成呢?因为要给中子和质子单独相处的机会(划掉),因为之前宇宙的温度太高,就算电子想和原子核形成原子,也会因能量太高而电离出去,离开原子核的束缚变成自由电子。




-完-
我要评论
芫荽 2018-01-10 14:01
核反应的公式格式有点错乱,原子前面的数字本来是放在左上角代表核子数的,不是化学反应式中代表原子的个数的。另外10^15飞米=1米,注释中也被吞了。
科普作品
质子自传
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评委点评 评语汇总

读完给人眼前一亮,感觉自己都已经进入质子的角色,去看世界了。整个作品不仅科学表述准确,文风也很让人容易接受,是一篇难得的佳作。不过文中括号部分的旁白注释过多,可以适当减少,或者换个方式表述。

2018-01-09 17:42 匿名 ——

科学性与与科普性非常强的一篇文章,但它又不像教科书那样枯燥乏味,就连文中的注解也散发出可爱的气息来 。和第一轮相比,第二轮不仅仅内容更加充实,故事线更长,作者还采纳了建议在文中专门备注了科学知识点,这点非常难能可贵。

2018-01-12 17:04 匿名 ——

作者下了很大的功夫查阅了国内外不少文献,力求把最新的知识和成果呈现出来,这种精神很值得提倡。作者同时具有较深厚的文学修养和文字功底,能把学术概念、词汇转化成通俗易懂的语言表达出来,还设计了故事情节,吸引读者阅读下去,这些都是可圈可点之处。建议注释精简、精炼,以免喧宾夺主。

2018-01-13 20:09 匿名 ——

一个相对冷的选题能写成这样让人欲罢不能,很棒!期待看到粒子(元素)全传。

2018-01-23 16:12 匿名 ——

质子、中子、电子,这些微观世界的物质,是科普的难点,本文的重要特色在于拟人化,展现了这些微观粒子的主要特征。对话和故事性都很有特色。

2018-02-08 23:58 匿名 ——

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