如果一個質子以光速撞到人的身上,會對人造成怎樣的傷害?有何依據?

阡陌梨園


這個問題其實連最頂尖的粒子物理學家也很難給你一個完美的答案。不過,現實中就實實在發生過這麼一起,一束質子穿過人身體的事件,而且穿過的位置還是頭部。

這個可憐的人叫阿納託利布格斯基,他是一位前蘇聯時期的科學家。事情發生時(1978年),他正在檢修粒子對撞機,此時突然一個安全裝置失靈了,一束亞原子粒子以接近光速的速度像他的頭部射來。

他當然反應不及,粒子束穿過了他的頭部,當時他認為他必死無疑。因為你要知道,我們用紙治療癌症的粒子束流能量一般都不會超過2.5億電子伏特,可是射向他的那束粒子能量高達760億電子伏特,後者是前者的300多倍啊!!!

再說會他再被照射的那一瞬間的感覺,布格斯基說自己完全沒有任何感覺。但當他被送到醫院時,他的臉已經腫大了一半。更尷尬的是,醫院當時根本就不知道該如何正確的救治他。

但最後,他卻離奇的生還了下來。但是因為這次照射事件,他的臉一般是癱瘓的,一隻耳朵也失聰了,而且會發生恐怖的全身痙攣症狀。但令人稱奇的是,他的智商一點都沒有受影響,最後他還拿到了博士學位。

據說,布格斯基的臉一半比另一半顯得要年輕的多。

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科學重口味


按照狹義相對論,不像光子那樣,由於質子擁有靜止質量,所以質子不能以光速運動,其速度只能無限接近於光速。只要物體的靜止質量不為零,無論它有多小,即便小如質子(1.67×10^-27千克),當它們的速度足夠接近光速時,動能將會急劇增加。具體參見如下的公式:

如果對上述的相對論動能公式進行二項展開,並且考慮遠低於光速的情況,上述公式就能轉變為經典物理學中的動能形式:Ek=1/2mv^2。

但如果是亞光速運動,相對論效應不可忽略。由於速度在無限趨於光速時,動能將會接近於無窮大,這就是質子不可達到光速的原因。從上式中也可以看到,只要一個質子的速度足夠快,接近於一定程度的光速,它所擁有的巨大動能足以完全摧毀一個人。

如果控制好質子的速度,它們可以用於人體腫瘤治療,這就是質子束治療。通過粒子加速器把質子束加速到一定的速度,然後利用這些高速帶電粒子來攻擊腫瘤細胞,達到腫瘤治療的效果。這種治療方法要比X射線和γ射線的輻射更小,並且精度也更高。


火星一號


質子是有質量的粒子,嚴格說,是有靜止質量的粒子。只要是有靜止質量的粒子,它就不可能達到光速。除非它是一個光子。光子沒有靜止質量,所以可以達到光速,而且它沒有加速過程。質子是有加速過程的,在加速過程之中,由於動能公式,質子在加速到光速的90%以上時,會越來越消耗能量。越提高一丁點的速度,就要消耗幾何倍數的能量。這種消耗是呈現出一種“陡峭式”曲線攀升。

比如,在90%光速的時候,消耗能量不大,但是繼續往上提速,突然就需要1萬倍的能量,再往上提升一點,則需要1億倍的能量。越接近光速,其所需要的能量就越驚人。

如果質子達到光速,就需要無窮大的能量來驅動。這顯然是不可能的,全宇宙的能量也是有限的,因為宇宙是有限的集合體,不可能無限。所以,無論如何,一個質子都是不可能達到光速。但是,如果讓質子無限接近光速,倒是有可能的。如果質子真的可以具有無限接近光速,比如達到99.9999%光速,這個質子是可以摧毀一個人類的。不過,以目前的科技水平,做不到這樣的加速。314


懷疑探索者


不考慮相對論限制的話,一個以光速運動的質子動能大概是469MeV,大概是7.94*10^-11J能量。別看這點能量雖小,但是在分子原子尺度內,這個能量遠遠大於任何化學鍵的鍵能、原子的電子結合能以及原子核的結合能。



所以,如果這樣一個質子撞到人身上,宏觀上身體是完全不會受到機械傷害的。但是在微觀層面,這個質子必然會和體內的某個分子相撞,如果撞到化學鍵上,化學鍵成鍵的電子對直接被破壞,說不定還撞出一箇中子出來。如果撞到原子內層的非成鍵電子,一樣的會把電子撞出原子,或者形成一箇中子。如果撞到原子核上,估計得把原子核給裝散架。總之,這個質子肯定會把與之相撞的分子結構給破壞掉。當然了,如果這個分子不屬於遺傳物質,即便是結構被破壞了,影響也不大。但是,如果是核酸分子被撞,就有些影響了,因為這意味著基因突變。



不過,這個時候你也不必緊張,因為本來人體內時時刻刻都會存在著一些基因的突變,而這些突變即使發生了,細胞內的修復機制也會幫你修復。實在修復不了,還會啟動凋亡程序,使細胞死亡,從而解除癌變的可能。



所以說,一個即使以光速運動的質子撞到你,對你完全沒有影響,根本就不用找質子索賠。

但是,如果是一群(一束)質子,那麼你的情況就危險了。組成你細胞的分子將會被大規模破壞,包括核酸。所以,你的很多細胞都會出現功能性障礙或者直接死亡。如果劑量大,損壞的細胞太多,直接死亡都有可能。如果一直對你照射,估計你的細胞都會慢慢解體,重新變成各種物質,你也煙消雲散。



當然了,這不就是很多電影中演的高科技槍支:質子槍嗎?你希望有一個嗎?


PhD肖


任何有質量的以光速運動,能量就是無窮大。1克和1萬噸能量是一樣的


厲害了偶的國


大型強子對撞機可以將具有質量的粒子加速至接近光速,但也是接近光速罷了,總不會達到光速,更不用提超越光速,在我們這個宇宙中,只有光子這種靜止質量為0的基本粒子可以達到光速,其它均無可能,無論你採用什麼方法。

接近光速也有很大的差別,是90%光速,還是99.9%的光速,根據由速度影響的質量、能量變化曲線,可以知道,只有極度接近100%光速的物質才具有無窮大的質量與能量,也就是說,在極度靠近100%光速的位置,曲線才呈現出陡峭式攀升。

90%光速,根據洛倫茲變換,時間既不會慢多少,質量與能量也不會增加多少,只有無限貼近100%光速,才是無窮大的開端。

而題目所說,質子這種強子以100%光速撞到人的身上,會造成什麼傷害?首先要考慮到質子裹挾著多大的能量,答案是無窮大,即,耗費整個宇宙的資源也不會將質子加速至光速,試想一下,撞到人的身上會是什麼後果吧,不言而喻。


一枚遊戲科幻迷


核物理學的標準答案是,一個質子,無論其動能多麼大,都不可能“摧毀一個人”,也不會對人造成嚴重傷害。這是由“重帶電粒子與物質相互作用規律”所決定的。能量太高的質子,是會“穿過人體”,還帶走了它具有的絕大部分動能。只有能量適當(幾百兆電子伏)的質子,無法穿透人體時,才會把它的動能全部沉積在人體內部。但這種情況也只會造成非常微小的“局部電離”,殺死幾個細胞而已。

宇航員在太空飛行時,經常會遭受“高能質子”的輻照,那可不止一個質子。楊利偉曾經描述過“發生在眼睛中的閃光”,就是“高能質子轟擊”產生的效應之一。可是他“仍然沒事”嘛。這就是具體的證明。


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