Halbwertszeit - wie klären die Atome das untereinander?

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7 Antworten

Das ist eine gute Frage, die noch nicht geklärt ist. Speziell bei der Frage, was den spontanen Zerfall auslöst, tappt man noch ziemlich im Dunkeln herum.

Zur Zeit wird in der Physik diskutiert, ob der Zerfall wirklich rein zufällig ohne äußere Einflüsse erfolgt oder ob der Zerfall doch von außen beeinflusst werden kann. Einige Forscher wollen nämlich entdeckt haben, dass die Zerfallsrate u.a. vom Abstand zur Sonne bzw. dem Ausstoß von Sonnenwinden beeinflusst wird. Bewiesen ist das allerdings auch nicht nicht endgültig, da es auch gute Gegenargumente gibt.

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Das exponentielle Zerfallsgesetz (und damit die Existenz einer Halbwertszeit) ergibt sich daraus, dass ein gegebener Atomkern eines bestimmten Nuklids ("Atomkern-Sorte", defininert durch Protonen- und Neutronenzahl) eine nuklidspezifische Zerfallskonstante besitzt. Diese Zerfallskonstante liegt - und diese Aussage hätte Aristoteles zweifellos gefallen - in der Natur des Nuklids und ist komplett unabhängig von der Zeit oder äußeren Faktoren.

Selbst wenn es derartige äußere Einwirkungen gäbe, könnte ein solches exponentielles 'Zerfallsgesetz' entstehen, sofern diese Einwirkungen nur zufällig und ungerichtet genug auf das betrachtete System einwirken. In einer sehr großen Tierpopulation, in der Altersschwäche keine Rolle spielte, müsste man unter ausgewachsenen Individuen auch eine exponentielle Beziehung zwischen Lebensalter und Anzahl der Individuen in diesem Alter beobachten können. Einer entkommt einem Jäger, den Nächsten erwischt dieser. Einen rafft eine Erkrankung dahin, die der andere übersteht, etc..

Die brauchen sich nicht abzusprechen, damit die Zahl der Individuen in einem bestimmten Lebensalter eine Gesetzmäßigkeit aufweist.

Bei Atomkernen ist die Sache allerdings noch etwas anders gelagert. Klar sind hier nur die experimentellen Befunde, aber es gibt mehrere Möglichkeiten, sie zu interpretieren. Eine davon kennt den so genannten Kollaps der Wellenfunktion. Der Atomkern befände sich, wenn man ihn isolieren könnte, eigentlich in einem Überlagerungszustand zwischen Zerfallensein und nicht Nichtzerfallensein, und erst der Kontakt mit der Außenwelt - manche sagen sogar, der Blick eines Experimentators - "zwingt" ihn dazu, sich zu entscheiden. Statistisch ergibt sich daraus das bekannte Zerfallsprozess.

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Gar nicht. Man kann nicht ermitteln, wann ein einzelnes Atom zerfällt. Die Zerfallswahrscheinlichkeit ist dieselbe, aber den Zerfall eines instabilen Isotopes kannst du nicht bestimmen. Darum sind die Zerfallsgesetze auch nur statistische Näherungen, die immer ungenauer werden, je weniger Atome du betrachtest. Die Halbwertszeit kann man anders ermitteln und die Zerfallsgesetze sind auch deshalb mehr für größere "Mengen" an Atomen genau.

Also: Es existiert nur eine Wahrscheinlichkeit, dass ein Atom zerfallen ist. Den genauen Zeitpunkt kann man nicht ermitteln, praktisch gar nicht durch äußere Parameter beeinflussen und die Atome "klären" nichts untereinander.

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Du hast 1000000 Würfel. Jede Sekunde werden alle gewürfelt. Bei einer 6 werden die Würfel entfernt, sie sind zerfallen, bei anderen Zahlen sind sie weiter im Rennen. Du kannst nun sehr genau ermitteln, wann ungefähr nur noch 500000 Würfel im Spiel sind. Kein Würfel hat allerdings einen "Plan".

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Kommentar von lks72
30.03.2016, 21:27

Die Halbwertszeit in diesem Spiel beträgt übrigens 3,8 Sekunden.

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Kommentar von Freshestmango
30.03.2016, 22:27

Sehr gutes Bespiel, ehrlich

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Kommentar von NoRegret
30.03.2016, 23:10

Und wer "würfelt" dann die Atome

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Wenn Du nach definierten Versuchsbedingungen Wasser verdampfen lässt, dann kannst Du voraussagen, wie viele Wassermoloküle pro Zeiteinheit als Gas emporsteigen, aber nicht die Reihenfolge der Verdampfung. Da hilft es auch nicht, die Moleküle vorab durchzunummerieren und zu einer nachvollziehbaren Absprache zur Reihenfolge zu ermahnen.

Übrigens: Die Atome orientieren sich beim Zerfall nicht an definierten Zeitintervallen und Zyklen, die hast Du nur im Kopf!

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Es wird nur eine Wahrscheinlichkeit für den Zerfall angegeben auch wenn das meistens keiner erwähnt. Warum die Ergebnisse aber trotzdem so genau stimmen liegt daran, dass umso mehr Objekte ein Zufallsversuch enthält umso mehr nähert er sich der Wahrscheinlichkeit an. Bei unendlich vielen Objekten ist es genau die Wahrscheinlichkeit.

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nach 30 Sekunden -nicht*- von neu an?

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