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1 # 那那那那林
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2 # 星辰大海路上的種花家
一根夸克大小的細絲,快速切割人體,會致人於死地嗎?
《三體》中的奈米飛刃在巴拿馬運河如豆腐般的切割“審判日”號的情景讓大家記憶猶新,事實上奈米飛刃其實無法切割如此龐大的船體,但它毫無疑問能切割人體,並且效果極佳!那麼如果將這些奈米飛刃的細絲直徑換成夸克大小,快速切過人體,會致人於死地嗎?
夸克是什麼級別,夸克大小到底是多大的尺寸
要了解夸克的話,必須從原子開始說起,否則完全無法理解夸克的尺度!最早提出原子概念的是古希臘哲學家德謨克里特,但限於當時的技術和認知,他只是蒙對了!真正的原子論要到19世紀初才被英國化學家J.道爾頓提出,它是參與化學反應的最小單位,這得益於化學在科學界的發展!
此後J.J.Thomsom(約瑟夫·湯姆遜)發現了電子,再往後偉大的英國物理學家盧瑟福在α粒子散射金箔實驗時發現絕大部分α粒子都通過了金箔,只有極少數被反彈回來,而且角度很窄,這表示原子內部絕大部分都是空的,而且原子核是一個非常緻密的存在,因此盧瑟福發現了原子核!
此後盧瑟福在α粒子撞擊氮原子時發現了氫原子核,因此發現了質子的存在!再後來盧瑟福的學生查德威克又發現了中子的存在,到此原子的大致結構組成就已經確認了!
夸克是個什麼東西,它在物質中的位置在哪裡?
從原子核到質子和中子的發現,無一例外都利用了α粒子,這是一種放射性物質衰變釋放出來的氦核,是兩個中子和兩個質子構成氦四,質量大,速度高,可達2萬千米/秒,因為是原子核,所以帶正電,在它的撞擊下,原子核被撞裂了,所以發現了質子!
雲室中觀測鈾衰變
但自然界的α粒子能量有限,因此在20世紀三十年代的時候發明了加速器,這是一種利用電場來加速帶電粒子的裝置,可以將粒子加速到極高的速度去撞擊原子核,早期在散射實驗時用的是雲室觀測撞擊後產生的粒子路徑,但很顯然在高真空的加速器結構中,雲室就不再適合觀測軌跡了!
因此“氣泡室”就這樣被髮明瞭出來,科學家可以觀測撞擊後產生新粒子的軌跡分析出新粒子的性質,粒子在加速到極高的速度,撞擊原子核,分裂出質子和中子,那麼再撞擊質子和中子又會發生什麼?但科學家發現無論怎麼提高能量,質子和中子就是不分裂,那麼真是不可分割的整體嗎?
物理學家蓋爾曼假設粒子是統一和對稱的,如果質子和中子是不可分割的整體,那麼在碰撞中質量能量以及電荷都不會有損失,但蓋爾曼發現明顯不是這樣,因此他認為質子和中子由更小的三個粒子組成,經過兩年的努力,蓋爾曼證明了這些更小的粒子確實存在於質子和中子中,並將其命名成“k-works”,後來縮寫為“kworks”,又更名為quark。
夸克有六種“味”,分別是上、下、粲、奇、底及頂夸克,奇、粲、頂及底則只能經由高能粒子的碰撞產生,上下夸克是穩定的,質子由兩個上夸克+一個下夸克構成,中子則是兩個下夸克,一個上夸克,將它們聯絡起來的紐帶是膠子!
用夸克細絲切割人體,能致人於死地嗎?在日常中被刀不小心割到,那麼至少也是流血受傷,這是因為鋒利的刀鋒將人體組織分離了!人體是一個有機結合整體,再宏觀層面是肌肉纖維組織和面板將骨骼包裹起來,連成一個有機體,但在微觀層面來看,人體組成的分子之間的作用力就是範德華力,但真正的背後卻是基本粒子之間的電磁力!
當刀鋒尺寸越來越小時,從理論上看它會變得更鋒利,但以人類的技術極限來看,它的刀鋒尺寸不可能低於1個原子的直徑,再小我們就無法加工了,此時它仍然具有殺傷力,它的切割仍然會破壞原子之間結合的電磁力!
自然界有四大基本作用力,分別是引力、電磁力、強相互作用力和弱相互作用力,鋒利的刀能破壞的只是電磁力,但在宏觀層面,這也足夠了,因為電磁力是粘合原子核和原子級別以上的物質大廈的“水泥砂漿”!
夸克細絲能破壞的是什麼層次?
夸克的大小,有實驗表明是10^-20級別,它比質子還要小5個數量級,比原子則要小十個數量級,質子和原子的大小差異也就是原子核和原子的大小差異!什麼概念呢?
假設原子核有一個乒乓大小,那麼原子的尺寸將比一個體育館還大,所以原子內部非常空曠!這個比例也同樣適用於夸克和質子的比例,因為原子核就是由質子和中子構成的,在這個比例中,當原子是一個體育館時,那麼夸克在放大鏡下都難以看到。
這樣比例下我們就能明白了,當這條連放大鏡都看不到的細絲去切割無數個原子構成的人體時,只有1/N的機會將可能切割到原子核中的夸克產生些許反應,這個比例可能比你能想象到的連續中十次六合彩機率還要低得多!
所以一根夸克細絲切割人體,你根本感覺不到!當然用這個編制的網(比如1米×1米的網格)掃過人體甚至地球,其實也不會咋樣,只要它不是那種一根挨著一根編制的密網,否真它可能就會變成比中子星密度還高的物質,拿玩意兒掃過地球,估計大家都完蛋了!
不過最後要提醒下,由於夸克禁閉的存在,我們時不可能拿到單獨的夸克製造成細絲的!
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3 # 時空通訊
一根夸克大小的細絲,快速切割人體,會致人於死地嗎?
先說結論:夸克無法在自然界單獨存在,因此沒有這麼大小的細絲。如果有這麼大小的細絲切割人體,少則無礙,多則傷身甚至喪生。
人體每天都有無數細小的粒子轟擊,比如說中微子,是迄今人們發現除光子外最小的物質,這種物質是比中子還要小百萬倍的粒子,一般認為,中子的數量級為10^-15m,小百萬倍就是小6個數量級,為10^-21m。
來自太陽的中微子每時每刻都有萬億個之多穿過人體,不管你是在向陽的一面還是背陽的一面躺在床上睡大覺,這些中微子都毫不客氣的任意穿梭,因為地球12657km的厚度也無法阻擋它們。這是因為它們電中性的特性,中微子又小又幾乎不與任何物質發生互動作用,我行我素,而原子微小的隙縫對於它們來說就是寬廣的大海,所以它們才能夠旁若無人眼都不眨一下的出入人體沒商量,你會一點感覺都沒有。
從這個意義上來說,似乎只要物質足夠細小,就對人體沒有傷害。這或許有點道理,但要看這個足夠有多小,還要看這個物質是什麼性質。
夸克是強子的內部結構。強子是一種亞原子粒子,所有受到強相互作用影響的亞原子粒子都被稱為強子。強子,包括重子和介子。最常見的重子就是原子核的組成中子和質子或反中子、反質子。
現代理論認為,中子和質子等強子(重子)並不是最基本粒子,它們內部還有結構,人們把這種結構叫做夸克,夸克互相結合,形成一種複合粒子,叫強子。質子和中子就是最穩定的強子。
夸克迄今為止並沒有被直接觀測到,更沒有被分離出來。人們知道夸克的存在,是透過對強子(中子或質子等)觀測,透過一系列實驗獲得了它們的蹤跡。
上世紀三十年代粒子加速器問世,可以將極其細小的帶電粒子加速實行高能量碰撞;五十年代,世界著名實驗物理學家唐納德·格拉澤發明了“氣泡室”,科學家們將亞原子粒子加速到接近光速,丟擲這個充滿氫氣的低壓氣泡室,這些粒子在碰撞氫原子核後在氣泡室留下一些微小的氣泡,這樣就顯露了更微小粒子的蹤跡,科學家們估算出了這群陌生粒子的大小、電荷、運動方向和速度,但無法確定它們到底是什麼。
在後來許多科學家們的窮究下,隨著加速器能量的提升,這些新粒子漸漸被解開了其神秘面紗,科學界正式確立了強子由更小的物質結構組成,這個結構就是夸克。現在發現的夸克有6種,一般稱“味”,即上、下、粲、奇、底、頂,其中上下夸克最常見,存在於中子、質子之中,目前認為質子是由兩個+2/3電荷的上夸克和一個-1/3電荷的下夸克透過膠子在強相互作用下構成。
上夸克和下夸克是最輕的夸克,其餘較重夸克在宇宙中很少存在,這是因為這些夸克會很快衰變,它們在宇宙高能粒子撞擊中形成,很快就衰變成上下夸克。
一般認為夸克大小在10^-18數量級,比中子質子小3個數量級,也就是小1000倍。那麼這麼大小的物體切割人體會造成傷害嗎?這只是一種假設,因為夸克本身是無法單獨存在,更無法形成某種物體,形成物體的最小組成單位是原子。
理論上認為,由於“夸克禁閉”作用,夸克是無法單獨存在的,也就是說不可能存在一個夸克直接掃過人體,更不可能有一根由夸克製作成的細絲掃過人體。但如果假設這麼大小的物質掃過人的身體會怎麼樣呢?
我們來看看一些物質對身體的影響,從中得到一點啟示。人類接受微小物體損害程度最貼切的例子就是宇宙射線。在地球表面,由於大氣的消減作用,人類和各種生物受到宇宙射線危害很少,一般只會受到0.3~0.4mSv/y(年)的照射。但在太空,這種輻射就厲害多了,每秒約有5000個高能粒子穿越人體,相當於每秒約有1個高能質子穿越一平方釐米的面積,打斷人體內的化學鍵,使人體產生電離反應,如遇到重離子(如鐵原子核)的輻射就傷害更大了,是質子的676倍。
NASA的一些科學家估計,宇航員在太陽系內的太空中每年如果受到250mSv的輻射,體內DNA將有1/3被切斷;在月面受到宇宙射線輻射每年是70~120mSv,在地球附近的範艾倫輻射帶高達15Sv/y(1000mSv=1Sv),而且太陽還會釋放重原子核,因此宇航員如果沒有屏障會很快死亡,即便穿著宇航服,在艙外室外活動時間長了也會受到很大傷害。
現在我們知道了,中微子這種目前認知最細小的粒子,穿越人體是沒有什麼大礙的;但質子級的高能粒子宇宙輻射穿越人體會對人體產生傷害甚至致死,而且這種致死穿越要達到一定的量。
而夸克是介於質子和中微子之間的一種只可意會不可看到的粒子,如果真的能夠製成一根細絲,快速切割一次人體,我想應該是沒有大礙的;但如果製成很多根細絲,很多次的不斷切割,就會對人體產生傷害。
回覆列表
不存在這跟絲。如果是夸克緊密的連線夸克,那就是黑洞價格的密度了。黑洞表面梯度必然為0(就是個球)不能是絲狀。如果夸克間有間隙,那根據熱力學漲跌(沒有絕對靜止的物體)這根絲馬上會被扯斷