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1 # 鍾銘聊科學
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2 # 郭哥論道
一、光子以光速擊中人體並不是一點事都沒有
事實上,我們只能說:正常的暴露在Sunny之中,不會影響我們的身體健康。其實,有些情況正在悄悄滴發生著:我穿了一個夏天的短袖,每天開車上下班,現在我的左右胳膊明顯呈現出不同的膚色,左臂由於晒的Sunny比較強,目前膚色比較深。
還在吃奶的嬰兒需要多抱到戶外去見見Sunny,這樣有利於鈣的吸收。我們看到,正常的暴露於Sunny之中,對我們的身體還是有影響的,並不是毫無作用。
二、同樣的Sunny擊中人體為什麼會出現上面的情況呢?關鍵是輻射劑量問題。大家不要看到輻射兩個字,就覺得心存恐懼。其實輻射是一個很形象的說法,意思是,光從光源向四周傳播,就像車輪的輻條那樣,以球面方式來傳播的。這其實是個形容詞。
2.1、Sunny中紫外線的組成
我們都知道光是一種電磁輻射,波長以奈米(nm)為單位,波長越短,能量越大。可見光部分的波長為400nm到760nm,非可見光中,波長大於760nm的是紅外線,波長小於400nm的是紫外線(英文簡稱為UV)。
2.2、面板晒傷的機理
晒傷屬於一種面板光生物學病變。其中UVC(短波紫外線)的能量最高,對細胞的殺傷能力最大。不過UVC到達地面前被大氣吸收,因此通常情況下能夠到達地面的紫外線波長都在290nm以上,以UVA,UVB為主。
這也是為什麼,我們在市場上能看到的防晒霜大多是針對UVA和UVB的原因。只有在雨過天晴後一小段時間內,UVC到達地面的數量才比較大。
另外兩種UVC(短波紫外線)比較強的情況是,一是特別晴朗的海邊,二是海拔較高的山地。海拔超過1000米的山上,UVC的強度要比海拔300以下強許多倍!
全文總結從前面的分析我們看到,健康的人,正常暴露在Sunny中,是不會危害身體健康的,除了身體會感覺被Sunny晒得暖暖的,不會有什麼不適的感覺,適當晒太陽還對身體健康有益。
然而任何事物都有其兩面性,過度地暴露在Sunny中(時間過長),或者是暴露在紫外線過強的Sunny中,我們的面板會受傷,甚至會受到致命的傷害。
所以,Sunny雖好也不能貪多喲!
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3 # 核先生科普
先來認識下光子是什麼?
光子是光量子的簡稱,提出者正是大名鼎鼎的愛因斯坦,我們知道任何相互作用都需要媒介,而光子就被認為是電磁相互作用的媒介子,愛因斯坦認為光子就是一種實體的粒子,和分子、原子、電子是一類的,只不過比這些都小,但光子有個特殊的性質,就是靜止品質為零。
圖釋:光子的晶體模型
光子的靜止品質為零,速度是光速,具有波粒二象性,光子的波長和頻率並不相同,處在一定波長範圍內的光,才能被人眼看到。以上就是光子的基本性質,下面繼續深入了解。
一束可見光是由不同頻率的光子構成的,那麼這束粒子以光速擊中人體後,人為什麼一點事都沒有呢?直接原因是光子能量不足。
圖釋:電離輻射損傷DNA結構
槍支的危害程度會用比動能來描述,如焦耳/平方釐米,因為人體組織有一定的承受能力,當在子彈的攻擊能力超過面板的承受能力,那麼就會直接將面板穿透,進而傷害人體的肌肉和骨骼以及其它器官。
圖釋:廣島原子彈爆炸後被灼傷的孩子
阿爾法粒子、貝塔粒子、伽馬射線能夠造成電離輻射,是因為射線所攜帶的能量足夠高。從輻射損傷的圖片來看,和燒傷很相似,不僅面板表面組織會遭到破壞,人體細胞內的DNA結構也遭到破壞,從而引發癌變,這就是輻射的可怕性。
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4 # 星辰大海路上的種花家
為什麼光子以光速擊中人體,人卻一點事都沒有?
光子的速度毫無疑問是光速,但大家也都知道晒個太陽絕對不會晒出人命來,不是擁有光速的物質具有的無限的能量麼?為什麼光速的光子打在人身上卻屁事都沒有?
光子的品質有是大?它的能量又有多高?都說光速運動的物體具有無窮的品質和能量,但光子卻是一種特殊物質,因為它的靜止品質為零,品質為零,根據動能定律來計算,它的能量就是零了嗎?其實完全不能這樣來考慮,因為光子是具有能量的,愛因斯坦的質能等價公式告訴我們,凡是具有能量的物質都具有相應的品質,那麼就可以根據E=mc²計算出它的相對論品質!當然我們首先要解決一個問題:
光子的能量是怎麼算出來的?曾經科學界都認為輻射是連續的,因此在十九世紀末科學界在研究黑體輻射時候費勁了心思,其中在輻射的短波段到長波段分屬兩個不同的公式!
維恩公式是東普魯士物理學家維恩在1896年總結出來的,它在短波段完美匹配了黑體輻射的曲線,觀測與計算基本一致,但在長波段誤差卻越來越大!
瑞利-金斯公式是瑞利(1900年)和金斯,J.H.(1905年)根據經典統計理論得到黑體輻射能量密度計算公式,與維恩公式相反,瑞利-金斯公式在長波(低頻)段計算非常精確!
但兩者都不能互相應用到對方的領域,普朗克在著手研究黑體輻射時也發現了這個問題,特別是瑞利-金斯公式在高頻段計算會出現無窮大能量的問題,這就是著名的“紫外災變”由來,因此毫無疑問,他也陷入了死衚衕,但當他將能量拆分會一份份的時候,一切問題迎刃而解。
而這個一份份的能量的概念完美的解決了黑體輻射中的維恩公式無法觸及的低頻段,也解決了瑞利-金斯公式的高頻“紫外災變”事件,表示我們的時間就是一份份的能量組成的!
上圖中E表示的是能量,h是普朗克常數,v則是光子的頻率,因此這裡只有一個變數,就是光子的頻率,它的值決定了能量的大小。當然最終也將決定光子動品質的大小。
多高頻率的光子會傷害到人?其實被Sunny晒傷這事很多,並不需要多高頻率的光子才能傷害到人,這是因為單位面積內承受超過面板承受密度的光子流,簡單的說,儘管頻率不高,但量實在太大,比如赤道地區的驕陽在1平方米上能產生1.4千瓦的功率,人體橫躺的投影面積大約是0.5平方米,那麼所受的Sunny暴晒功率大約是700瓦,很容易被晒傷。
但其實很多時候我們是無感晒傷的,並不是因為我們沒有知覺,而是紫外輻射過高,根據上圖電磁波段,我們計算出在紫外波段的光子能量很大,將會讓組成人體的各種分子鍵斷裂,因為它的能量超過了分子鍵能!
蛋白質分子中主要的化學鍵-肽鍵:分子氨基酸的α-羧基和一分子氨基酸的α-氨基脫水縮合形成的醯胺鍵,即-CO-NH-會被高能的紫外線解離,因此我們晒傷的有兩種,而這種就是第二種,紫外波段的高頻段能量很高,各種材料的在太Sunny下發脆,碎裂就是材料的分子鍵被紫外光解離了。
更高能的光線呢?會穿透人體嗎?答案似乎是肯定的,輔助醫學判斷的X光就是更能高能的光,一般X射線的波長在0.001~10奈米之間,醫學上輔助檢查造影的X射線波長在0.001~0.1 奈米之間,這個波段的光子能量是可見光光子能量的幾萬至幾十萬倍!
還有更高能的γ射線光子,它的波長短於0.01埃,能量極高,對人體危害極大,X光還可以應用在人體上造影,只要適當控制輻射劑量,對人體還是安全的,但γ射線還是算了,除了工業應用以外,其他的手段就是拿來殺死癌細胞了!
γ射線的遮蔽需要厚厚的水泥牆或者鉛板才能擋住,各位可是要注意了哦!所以我們所說的光子光速撞擊在人身上,人確實沒啥事情,只會感到暖和,因為光子的能量被面板吸收了,微觀粒子活動加劇,我們感到暖和了。
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5 # 史迪奇愛科學
太陽過度照射只會引起晒傷,而被Sunny晒傷的事情是屢見不鮮的,不需要多高頻率的光子才能傷害到,主要原因是在單位面積內承受了超過面板所承受密度的光子流,簡單的來說就是頻率不高,但是有點多。
打個比方來說,赤道地區的Sunny在1平方米上能產生1.4千瓦的功率,人體橫躺的投影面積大約是0.5平方米,根據算式計算出來在赤道地區所受的Sunny暴晒功率大約是700瓦,這就很容易被晒傷了!
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6 # 前進波濤
實踐證明光的粒子說是錯誤的,光只是電磁波,不是粒子,愛因斯坦和稀泥般的解釋光既是粒子又是波是瞎搞!他根本不懂理論!他的相對論也是錯誤的,不遵循科學的邏輯和規則,用數學代替科學太離譜!不要把他當偉大,很多科學的謎底還沒有揭開,說明正是大家的機會!
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首先,我們要先搞清楚一個概念,那就是光子。光其實兼具了粒子性和波動性。而光子只是光的一面。所以,這個問題我們可以翻譯成光照到人體為什麼會一點事都沒有?但其實,我們要知道,光是一種電磁波,只是電磁波當中那些我們能看到的頻段。
所以,實際上,這個問題又可以擴充套件成電磁波照到人體,為啥就會一點事都沒有?而這個問題的本質其實就是輻射對人體到底有沒有傷害?
我們可以下一個結論:一部分有,一部分不一定有,但到底有沒有還要看劑量。
那到底是咋回事呢?
什麼樣的輻射是對身體有害的?首先,其實我們要搞清楚的是,為什麼會有輻射?
實際上,任何高於絕對零度的物體都會向外輻射電磁波。我們人就會向外輻射電磁波,只不過這個電磁波不在可見光範圍內,所以,我們自己看不到。
也就是說,我們平時接觸到的很多東西都是帶輻射的。如果再直觀一點,很多人都有過篝火的經歷吧?或者在家開啟煤氣,甚至是吃火鍋,你都能夠感覺到很熱,這其實是熱輻射。還有太陽照到身上感覺暖洋洋的,其實也是一種輻射。
所以,如果所有的輻射都是對身體有害,那我們早就玩完了。
一般來說,科學家按照輻射分為兩類,一類叫做非電離輻射,一類叫做電離輻射。
我們以前總說太Sunny中的紫外線對身體不好,就是因為紫外線屬於電離輻射。
那電離輻射和非電離輻射最大的區別是什麼呢?實際上是能量。我們可以把電離輻射簡單粗暴地理解成高能的電磁波和粒子,常見的就有紫外線,X射線,伽馬射線等。(當然,不要著急,我們一會簡單科普一下哪些場景會遭遇到它們。)
非電離輻射其實是一些低能的電磁波,比如:一部分的太Sunny,紅外線,微波,無線電波等。(所以,那些怕被手機輻射的人,咋就不擔心晒太陽呢?明明Sunny中電磁波的能量更大一些呀。)
電離輻射的劑量問題其實上文我們也提到了,輻射是無處不在的,而電離輻射也是無法避免的,如果你說你一定要躲開電離輻射,讓自己生活中完全沒有電離輻射的存在,那只有一種辦法:別活了。
實際上,電離輻射只要控制在一定的範圍,並不會引起很大的傷害。要了解這個問題,我們就得先搞清楚電離輻射是如何傷害身體的。
而電離輻射由於能量比較大,因此,對身體內的大分子是有致命的傷害。尤其是對DNA的傷害,電離輻射很有可能一下子把構成DNA的化學鍵打斷甚至是拆散,那遺傳資訊就有可能錯亂。
但這並不是說只要有電離輻射,DNA的遺傳資訊就會出問題,實際上,電離輻射恰好擊中DNA的概率是非常低的,連1%的概率都不到。所以,只有當電離輻射達到一定量時,才有可能對身體照成傷害。那具體要多少才有害呢?
我們要先搞懂衡量輻射的單位,這裡我們採用西弗(符號:Sv,1000毫西弗=1西弗),1西弗的意思是:每千克的體重吸收了1焦耳的熱。所以,這其實是一個能量吸收的單位。
科學家發現,單次照射100毫西弗,會增加4.8%的癌症風險。但這裡要搞清楚一點,如果低於100毫西弗,實際上並不會出現可觀測的臨床症狀。(這裡並不是等比例的關係,而是有或者沒有的關係。)同時,我們要記住的是單次,而不是累積。
如果你單次一口氣照射了超過4000毫西弗,那基本上就沒命了,一些核洩漏或者原子彈爆發的地方會出現這麼高的輻射劑量。
那100毫西弗是什麼概念呢?
我們上醫院拍片:腹部的CT是10毫西弗,胸部的X光是0.2毫西弗。也就是說,這都是遠遠低於100毫西弗。
而且根據統計,在自然界也存在著電離輻射,這被我們稱為本底輻射,全球平均是2.4毫西弗。也就是說,即使你啥也不做,也會遭受電離輻射,大概是每年2.4毫西弗的水平。但也有一些地球特別高,比如:伊朗的拉姆薩,每年大概是260毫西弗(累積值,不是單次)。
除了單次照射以及本底輻射,關於電離輻射還有很多相關的安全規範,甚至相關的機構組織(國際放射防護委員會,簡稱:ICRP)給出了專門的指導規範,只不過內容特別複雜,對於我們個人而言,記住整個單次照射不超過100毫西弗足以。
所以,我們可以來總結一下,電離輻射確實對人有傷害,但具體有多大傷害還要看劑量,這個劑量只要控制在單次不超過100毫西弗,就不會出現可觀測的臨床症狀。
(PS:多說一句,世界上輻射劑量最高的地方是一些重度吸菸的人的肺裡,香菸當中也有電離輻射,這當中主要是釙210的放射性,長期吸菸就會積累很多放射性在肺當中。)