See on masintõlge ja ingliskeelne tekst on originaal. Loe originaali
Radioaktiivne aatom ei tea, kui vana ta on
Aatomi sisse ei kogune ootamise ajal midagi. Seetõttu ei muutu poolestusaeg kunagi.
Pool süsinik-14 proovist on kadunud 5,730 aasta järel. Pool järelejäänust kaob järgmise 5,730 aasta jooksul ja pool sellest järgmise jooksul.
Sõna pool teeb seal midagi märkimisväärset ja sellest on lihtne mööda lugeda.
Sama osa igas vanuses
Võtame aatomi, mis on juba miljon aastat lagunemata kohal püsinud. Selle tõenäosus püsida järgmised 5,730 aastat on 0.500000. Võtame täna hommikul tekkinud aatomi: 0.500000. Võtame aatomi, mis on oodanud üheainsa poolestusaja: 0.500000.
Vana aatomi sees ei ole midagi muutunud. Sel ei ole kulumist, kogunenud pinget ega sisemist kella, mis loeks aega tagasi. See ei ole lagunemisele lähemal kui alguses.
Seda omadust nimetatakse mälutuseks ja eksponentsiaaljaotus on ainus pidev jaotus, millel see on. Kui nõuda, et edasine püsimine järgmises ajavahemikus oleks vanusest sõltumatu, ei ole eksponentsiaalne lagunemine mitte üks võimalik vastus, vaid ainus vastus.
Miks poolestusaeg üldse eksisteerib
Enamik suurusi ei toimi nii. Umbes 80. eluaastaks on pool inimpopulatsioonist kadunud, kuid pool ellujäänutest ei ole kadunud 80 aastat hiljem, sest inimesed koguvad vanust, aga aatomid mitte.
Niisiis tuleks inimeste puhul väljendit "poolestusaeg" igas vanuses uuesti arvutada. Süsinik-14 puhul kehtib see sama 5,730 igavesti ning just see püsivus ongi kogu põhjus, miks radiomeetriline dateerimine on võimalik. Proovis olev suhe väljendab möödunud aega ega midagi muud.
Seadke tööriistas Radioactive Decay ajaks süsinik-14 5,730 aastat ja liikuge samm-sammult läbi poolestusaegade. Viis sammu jätab alles 3.125% ja kümme jätab 0.0977%, mis ongi põhjus, miks radiosüsinikuga dateerimine ammendub umbes 50,000 aasta juures: mitte sellepärast, et seadus muutuks, vaid sellepärast, et järelejäänu ei ole enam saastest eristatav.
Keskmine eluaeg ei ole poolestusaeg
Keskmine eluaeg, mida tähistatakse sümboliga τ ja hääldatakse "tau", on τ = t½ / ln 2, seega süsinik-14 puhul on see 8,267 aastat, mitte 5,730.
Need kaks erinevad, sest jaotus on asümmeetriline. Enamik aatomeid laguneb suhteliselt vara ja õhuke saba ootab tohutult kaua, vedades keskmise mediaanist kõrgemale. Mediaan on definitsiooni järgi poolestusaeg, sest pool ongi see, mida mediaan tähendab.
Ning τ-l on teinegi tähendus, mis tuleneb mälutusest: see on mis tahes aatomi oodatav järelejäänud eluaeg mis tahes vanuses. Aatom, mis on oodanud miljon aastat, ootab ikka veel 8,267 aastat lisaks.
Kus mujal see avaldub
Exponential Growth & Decay on sama võrrand vastupidise märgiga ning selle kuvatav kahekordistumisaeg mängib siin samasugust rolli nagu poolestusaeg. Kõik, mille muutumiskiirus on võrdeline selle hetkekogusega, satub sellele kõverale.
Mälutuse omadus on ühtlasi eeldus, mis peitub artikli why a 99% busy system breaks järjekorramudelis. M/M/1 eeldab eksponentsiaalseid teenindusaegu, mis tähendab, et juba tunni töötanud töö ei ole lõpetamisele lähemal kui täiesti uus töö.
Aatomite puhul on see füüsikaline fakt. Teenindusaegade puhul on see mudeldamise mugavusvõte, mis on sageli väär, ning teadmine, kumma nendest kahest te valinud olete, teeb vahe tuletuse ja oletuse vahel.
Miks miski, mida te teete, seda ei muuda
Kuumutage proovi, külmutage seda, lahustage seda, asetage see rõhu alla: poolestusaeg ei muutu. See ei ole vastupidavus, vaid skaalade mittevastavus.
Keemia korraldab ümber väliseid elektrone, mis hõlmab mõne elektronvolti suuruseid energiaid. Tuumalagunemine hõlmab miljoneid. Keemilised sidemed on umbes miljonikordse teguri võrra vales suurusjärgus kang, mistõttu need ei ulatu olulise protsessini.
On üks tõeline erand. Isotoobid, mis lagunevad omaenese elektroni haarates, näiteks berüllium-7, sõltuvad veidi elektronitihedusest tuuma juures ja see on juba keemia pärusmaa. Mõõdetud nihked moodustavad murdosa protsendist, mis on piisav mehhanismi kinnitamiseks, kuid kaugeltki mitte piisav dateerimismeetodi häirimiseks.
Seadus, mis jõudis kohale enne mehhanismi
Rutherford ja Soddy sõnastasid eksponentsiaalse seaduse 1902. aastal tooriumiga töötades ning nimetasid konstanti poolestusperioodiks. Hiljem lühenes nimetus poolestusajaks.
Nende käes oli seadus, mille all polnud midagi. Selle aja füüsikas tulenes iga teine kiirus mingist põhjusest: miski muutus kuumemaks, midagi tõugati, miski kulus ära. Siin aga oli protsess, millel oli populatsiooni jaoks täpne ajakava ja üksikisendi jaoks polnud vähimatki vastust ning puudus igasugune võimalus öelda, milline aatom järgmisena laguneb või miks.
See rahutus oli õigustatud ja mehhanismi mõistmiseks kulus veel terve põlvkond. Gamow seletas alfalagunemist kvanttunneldamisena 1928. aastal; süsinik-14 on beetalaguneja ning selle teekond vajas Fermi nõrga vastastikmõju teooriat 1934. aastal. Mõlemal vastusel on sama kuju. Mälutus, mis näis puuduva selgitusena, osutus ise selgituseks: puudub sisemine olek, mida mäletada, seega pole midagi koguneda ega midagi kuluda.