為什么探測不到質子的衰變？

文/劉泰祥

系統相對論連載之六：

大統一理論SU(5)預言質子會發生衰變，許多科學家將質子是否會發生衰變視為檢驗標準模型正確性的重要證據。然而幾十年過去了，實驗探測卻從未發現質子的衰變。筆者認為，質子衰變問題本質是粒子穩定性問題，下面先簡要討論系統相對論的粒子穩態邊界條件。

1.物體和粒子的存在邊界條件

系統相對論認為，物體和粒子的穩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，那么它們就處于穩定狀態；反之，如果粒子的臨界場被破壞，那么它們就處于不穩定狀態。如圖所示，設cn粒子、電子、質子、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，則它們的穩態區間分別為：

ρ≤ρcn0，ρ≤ρe0，ρ≤ρp0，

ρ≤ρnu0，ρ≤ρob0

粒子穩態性與環境的關系

在現代物理學和系統相對論中，都將溫度、壓力視為環境條件，但在對溫度、壓力的理解上有所不同。在系統相對論中，壓力本質是指爽子流體的內部應力，它與空間密度相對應，與其他無關；溫度是指區域內光子能量密度，通過光子的平均邊界空間密度ργb與壓力相對應。因此，就粒子的穩態條件而言，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邊界條件。

2.原子核穩態邊界

以放射性元素的原子核為例，這些元素在地球內部時，原子核的外界溫壓條件處于：ρ≤ρnuo和Tdown≤T≤Tup區間內，這時原子核處于穩態。當這些元素因地殼運動從地球內部來到地球表面時，一方面因溫度降低而成為固態；另一方面因原子核之間的光子密度減小（溫度超出穩態邊界Tdown），導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增大而超出穩態邊界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定狀態，且距離穩態邊界越遠越不穩定，即放射性越強。

反之，如果放射性元素從地球內部穩態區進一步向地心靠近，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變為光子之間的邊界空間密度，當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定狀態。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對應的點是產生原子核條件，換言之，在上端虛線部分還不具備該原子核的產生條件，當然也就不存在該原子核。一旦該原子核進入這個區域，就會發生衰變。

3.質子會衰變嗎？

如上所述可知，質子的穩態邊界為：ρ≤ρp0

我們探測質子衰變的實驗條件位于質子的穩態邊界內，當然也就探測不到質子的衰變。

如果我們能夠構建空間密度ρ高于質子表面空間密度ρp0的實驗條件，即ρ＞ρp0，那么我們就很容易觀察到質子的衰變了。加速器中被加速質子的碰撞就構建了質子衰變的條件。

[1] 劉泰祥.系統相對論[M].北京:科學技術文獻出版社,2012:33-36,67-71.

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