如果一个质子以光速撞到人的身上,会对人造成怎样的伤害?有何依据?

阡陌梨园


这个问题其实连最顶尖的粒子物理学家也很难给你一个完美的答案。不过,现实中就实实在发生过这么一起,一束质子穿过人身体的事件,而且穿过的位置还是头部。

这个可怜的人叫阿纳托利布格斯基,他是一位前苏联时期的科学家。事情发生时(1978年),他正在检修粒子对撞机,此时突然一个安全装置失灵了,一束亚原子粒子以接近光速的速度像他的头部射来。

他当然反应不及,粒子束穿过了他的头部,当时他认为他必死无疑。因为你要知道,我们用纸治疗癌症的粒子束流能量一般都不会超过2.5亿电子伏特,可是射向他的那束粒子能量高达760亿电子伏特,后者是前者的300多倍啊!!!

再说会他再被照射的那一瞬间的感觉,布格斯基说自己完全没有任何感觉。但当他被送到医院时,他的脸已经肿大了一半。更尴尬的是,医院当时根本就不知道该如何正确的救治他。

但最后,他却离奇的生还了下来。但是因为这次照射事件,他的脸一般是瘫痪的,一只耳朵也失聪了,而且会发生恐怖的全身痉挛症状。但令人称奇的是,他的智商一点都没有受影响,最后他还拿到了博士学位。

据说,布格斯基的脸一半比另一半显得要年轻的多。

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科学重口味


按照狭义相对论,不像光子那样,由于质子拥有静止质量,所以质子不能以光速运动,其速度只能无限接近于光速。只要物体的静止质量不为零,无论它有多小,即便小如质子(1.67×10^-27千克),当它们的速度足够接近光速时,动能将会急剧增加。具体参见如下的公式:

如果对上述的相对论动能公式进行二项展开,并且考虑远低于光速的情况,上述公式就能转变为经典物理学中的动能形式:Ek=1/2mv^2。

但如果是亚光速运动,相对论效应不可忽略。由于速度在无限趋于光速时,动能将会接近于无穷大,这就是质子不可达到光速的原因。从上式中也可以看到,只要一个质子的速度足够快,接近于一定程度的光速,它所拥有的巨大动能足以完全摧毁一个人。

如果控制好质子的速度,它们可以用于人体肿瘤治疗,这就是质子束治疗。通过粒子加速器把质子束加速到一定的速度,然后利用这些高速带电粒子来攻击肿瘤细胞,达到肿瘤治疗的效果。这种治疗方法要比X射线和γ射线的辐射更小,并且精度也更高。


火星一号


质子是有质量的粒子,严格说,是有静止质量的粒子。只要是有静止质量的粒子,它就不可能达到光速。除非它是一个光子。光子没有静止质量,所以可以达到光速,而且它没有加速过程。质子是有加速过程的,在加速过程之中,由于动能公式,质子在加速到光速的90%以上时,会越来越消耗能量。越提高一丁点的速度,就要消耗几何倍数的能量。这种消耗是呈现出一种“陡峭式”曲线攀升。

比如,在90%光速的时候,消耗能量不大,但是继续往上提速,突然就需要1万倍的能量,再往上提升一点,则需要1亿倍的能量。越接近光速,其所需要的能量就越惊人。

如果质子达到光速,就需要无穷大的能量来驱动。这显然是不可能的,全宇宙的能量也是有限的,因为宇宙是有限的集合体,不可能无限。所以,无论如何,一个质子都是不可能达到光速。但是,如果让质子无限接近光速,倒是有可能的。如果质子真的可以具有无限接近光速,比如达到99.9999%光速,这个质子是可以摧毁一个人类的。不过,以目前的科技水平,做不到这样的加速。314


怀疑探索者


不考虑相对论限制的话,一个以光速运动的质子动能大概是469MeV,大概是7.94*10^-11J能量。别看这点能量虽小,但是在分子原子尺度内,这个能量远远大于任何化学键的键能、原子的电子结合能以及原子核的结合能。



所以,如果这样一个质子撞到人身上,宏观上身体是完全不会受到机械伤害的。但是在微观层面,这个质子必然会和体内的某个分子相撞,如果撞到化学键上,化学键成键的电子对直接被破坏,说不定还撞出一个中子出来。如果撞到原子内层的非成键电子,一样的会把电子撞出原子,或者形成一个中子。如果撞到原子核上,估计得把原子核给装散架。总之,这个质子肯定会把与之相撞的分子结构给破坏掉。当然了,如果这个分子不属于遗传物质,即便是结构被破坏了,影响也不大。但是,如果是核酸分子被撞,就有些影响了,因为这意味着基因突变。



不过,这个时候你也不必紧张,因为本来人体内时时刻刻都会存在着一些基因的突变,而这些突变即使发生了,细胞内的修复机制也会帮你修复。实在修复不了,还会启动凋亡程序,使细胞死亡,从而解除癌变的可能。



所以说,一个即使以光速运动的质子撞到你,对你完全没有影响,根本就不用找质子索赔。

但是,如果是一群(一束)质子,那么你的情况就危险了。组成你细胞的分子将会被大规模破坏,包括核酸。所以,你的很多细胞都会出现功能性障碍或者直接死亡。如果剂量大,损坏的细胞太多,直接死亡都有可能。如果一直对你照射,估计你的细胞都会慢慢解体,重新变成各种物质,你也烟消云散。



当然了,这不就是很多电影中演的高科技枪支:质子枪吗?你希望有一个吗?


PhD肖


任何有质量的以光速运动,能量就是无穷大。1克和1万吨能量是一样的


厉害了偶的国


大型强子对撞机可以将具有质量的粒子加速至接近光速,但也是接近光速罢了,总不会达到光速,更不用提超越光速,在我们这个宇宙中,只有光子这种静止质量为0的基本粒子可以达到光速,其它均无可能,无论你采用什么方法。

接近光速也有很大的差别,是90%光速,还是99.9%的光速,根据由速度影响的质量、能量变化曲线,可以知道,只有极度接近100%光速的物质才具有无穷大的质量与能量,也就是说,在极度靠近100%光速的位置,曲线才呈现出陡峭式攀升。

90%光速,根据洛伦兹变换,时间既不会慢多少,质量与能量也不会增加多少,只有无限贴近100%光速,才是无穷大的开端。

而题目所说,质子这种强子以100%光速撞到人的身上,会造成什么伤害?首先要考虑到质子裹挟着多大的能量,答案是无穷大,即,耗费整个宇宙的资源也不会将质子加速至光速,试想一下,撞到人的身上会是什么后果吧,不言而喻。


一枚游戏科幻迷


核物理学的标准答案是,一个质子,无论其动能多么大,都不可能“摧毁一个人”,也不会对人造成严重伤害。这是由“重带电粒子与物质相互作用规律”所决定的。能量太高的质子,是会“穿过人体”,还带走了它具有的绝大部分动能。只有能量适当(几百兆电子伏)的质子,无法穿透人体时,才会把它的动能全部沉积在人体内部。但这种情况也只会造成非常微小的“局部电离”,杀死几个细胞而已。

宇航员在太空飞行时,经常会遭受“高能质子”的辐照,那可不止一个质子。杨利伟曾经描述过“发生在眼睛中的闪光”,就是“高能质子轰击”产生的效应之一。可是他“仍然没事”嘛。这就是具体的证明。


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