放射性如何在时间中演变

在所有的情况下，都有一个相同的问题：放射性产生的射线是以怎样的节奏被放射出来的呢？

我们前文说了，衰变是自发发生的，也就是没有外部因素。但是“自发”（spontanément）不是“立即”（immédiatement）。一块放射性物质中衰变的展开符合我们称为“放射性周期”的一段特别时长。^[2]这一用词并不是非常合理，因为它的潜台词是放射性是一个有时间周期的现象，有点像树叶的掉落或缴付三分之一个人所得税款^[3]。然而放射性却完全不是这样。放射性完全不是周期性的现象。但让我们先把它放到一边，咬文嚼字可不是我们要做的事。

更确切地说，什么是周期呢？让我们来想象一下，一群数量众多的放射性原子，它们都是一模一样的：这个原子群的周期等于其中一半原子衰变为其他原子所用的时间；在第二个衰变周期结束以后，剩下的部分，也就是还没有衰变的放射性原子，是第一次衰变前原子数量的，而这些剩下的原子又因为衰变重新分成两部分，并依此循环往复。专家们说，这就形成了一个“指数式的”、持续的衰减。发生足够多次周期性衰变以后，所有最初的放射性原子几乎都消失了。

在这件事情中值得特别注意的是，指定的放射性原子的周期与它的化学或物理环境完全无关。你可以用焊枪给它加热，像摇李子树一样摇晃它，将它浸入氢氧化钠或酸液中，拔除它的电子……无论怎样，它的周期长度都完全不会改变。换句话说，这是原子核内在的特性，也就是说它与一切可能发生在它周围的事情毫无关系，甚至与它的外围电子的变化也是无关的。

放射性原子的特殊之处在于，就个体来说它们最终都会死亡。但是它们消逝的节奏与我们的死亡曲线不一样。我们人类从开始出生，然后长大，衰老，到最终走向死亡，在这个过程中时间让我们成熟，使我们衰弱，最后让我们死去，我们年纪越大就越容易死亡。也因此我们中的大部分人都会在60岁至90岁之间告别人世。在人类这个层面，衰老就是眼看着自己死亡的可能性随着年龄的增长而增加的过程。

所有的放射性原子也同样会死亡，但是与我们不同，它们并不会因为死于衰老！事实上，它们在一定时间内消失的可能性与它们的年龄没有任何关系：一个出现在3000年以前的放射性原子与另一个出现了5分钟的相同原子在接下来的1小时里衰变的可能性完全一样。

所以它们的消失不能解释为任何一种衰老的结果。在它们身上，没有任何部分会随着时间而损坏，它们可以在任何年龄死亡。古代最早的原子论者认为，从某种方面来说，这些原子是不知疲倦的。它们不会衰老，但是会死亡，未死亡的这些原子永远与它们的“少年时期”一样精力充沛。

放射性周期概念的价值只体现在于统计层面：它仅仅指出当我们拥有数量众多的放射性原子时，在一般情况下衰变过程如何进行。但放射性周期不能让我们预料每个各自独立的放射性原子衰变的确切时刻。

不言而喻：这一时刻是完全偶然的，所以也是不可能准确预料到的。换句话说，如果每个放射性原子由于它唯一的本质，注定要转变为另一个原子，没有人能知道它会在什么时候转变。

唯一确定的是，每过1个周期，每个放射性原子消失的概率都有。在这里，人们不再能够用“可能性”这个词来谈论。在原子的层面，经典物理学的严格决定论不再有效。

不同原子的放射性周期之间能测量到极大差异，这让人头晕。不同的放射性原子，其放射性周期覆盖范围从一瞬间到几十亿年不等，有的甚至更长。

例如，碲128有着长达1.5×10²⁴年的放射性周期，即是宇宙年龄的100万亿（10¹⁴）倍。不如说它几乎是稳定的……

现在让我们以铀为例，它是全世界最负盛名的放射性元素。它的放射性周期是多长呢？我们无法笼统地做出回答，因为每个原子核的放射性周期都可能不同。那么，是什么让铀原子核成为铀原子核的呢？是它的质子数，仅仅是它的质子数。这个数量是92。全宇宙的所有铀原子核都有92个质子，一个不多（否则就成了镤原子核），也一个不少（否则就成了镎原子核）。正是这个数量也仅仅是这个数量就可以决定原子核的化学元素身份。但是并不是所有铀原子核都有着相同数量的中子。某些铀原子核有146个中子：它们是铀238（因为238=92+146）。另外一些比它们少3个中子（即有143个中子）：这是铀235。还有一些多1个中子（即有147个中子）：这是铀239，等等。所有这些原子组成了人们所说的铀的“同位素”。它们有着相同数量的质子却拥有不同数量的中子，所具内聚力的程度也就不同。所以它们的放射性周期也可能有着明显的区别。

同位素是什么？

与同一化学元素对应（即拥有相同质子数Z）的原子并不都一定包含有同样数量的核子总数。正是这一灵活性使同位素能够存在。让我们以氢元素为例，它由包含1个质子的原子组成。它们可以含有0、1或2个中子。因为它们在元素周期表上分享了同一位置（原子序数为1的位置），我们就说它们是氢的同位素（isotope来自希腊语isos，意为“同样的”，而topos，意为“地方”）。

如果说同一元素的同位素会发生相同的化学反应，那是因为化学反应只与外围电子有关，而所有原子序数相同的原子都有着几乎相同的外围电子。但是，因为它们的中子数量不同，所以质量也不同，尤其它们的核的特性也会有所不同。其中一些可能具有放射性，另一些则没有。于是说起原子的时候，明确说出它的全称就变得非常必要了。通常采用的原子命名方法是在它的原子核核子的总数A后面，紧跟化学元素名，例如碳：碳12（6个质子，6个中子），记为12C；碳14（6个质子，8个中子），记为14C。大家应该记得，碳12是稳定的（没有放射性）而碳14是有放射性的。

碳14的放射性周期是5730年，它被大家熟知是因为人们利用它来推定人类历史和文明各主要阶段的时间。高空大气中的高能质子^[4]与氮原子（空气的组成部分）碰撞，不断地产生出碳14，它存在于所有活物之中，无论是植物还是动物。至少是在这些活物……还活着的时候！因为，当一个生物死亡时，与外界环境的一切交流都会停止，所以不会再有新的碳14进入这个死亡的生物体中，于是碳14的原子数量便会以放射性衰变的节奏逐渐减少。通过比较这些残留物中碳14的当前含量与其最初的含量，人们可以确定它的年龄。