03.02 光速這麼快,為什麼撞到人身上不會受傷?

水圖


光子有動量,光子的動量等於普朗克常量除以波長。因為普朗克常量很小,數量級只有十的負34次方,故一般情況下光子的動量很難被人體察覺到。所以接受太陽光的照射時,只要太陽光不是多麼強烈,一般不必擔心自己會被曬傷。

從光子動量的表達式P=h/λ中可以看到,光的波長越短(頻率越高),光子的動量就越大,動量達到一定程度就有可能對人體造成傷害。如高頻的X射線或γ射線,單個光子的能量可以打斷DNA鏈或者改變DNA分子的結構,有可能導致惡性腫瘤、基因突變。皮膚癌的發生大多與太陽光的照射有關。防太陽輻射主要防的就是頻率較高的紫外線、X射線、γ射線等。

大量的光子集中作用在一起也能表現出宏觀效果。用太陽灶燒水、做飯就是用到了光子的能量,想一想如果人不小心將手放到了太陽灶的聚光點附近,手會很容易燒傷。

如果將更多的光子照射到物體上,還能夠表現出明顯的光壓,就好像是光在推物體一樣。彗星的尾巴之所以永遠揹著太陽,就是因為從太陽上吹來的很多光子、粒子把彗星的尾巴吹到了一邊。藉助太陽風,科學家設計製造出了光帆飛船,在飛往地外行星的過程中,用太陽向外輻射的粒子推動著飛船在幾乎真空的太空中加速。

霍金甚至還基於光帆飛船設計了一個雄心勃勃的計劃,計劃用大功率的激光將光帆飛船加速到光速的五分之一去探索4光年之外的半人馬座α星。這需要驚人的能量,這個能量若是作用在人身上,人是絕對承受不了。


刁博


光速高達30萬千米每秒,是世界上最快的速度。如此高速,撞擊在身體竟然一點反應都沒有,這是為何呢?



答案其實很簡單,因為光子太小,靜質量又嚴格為0,所以一個光子的能量hv(h為普朗克)極小。根據可見光的波長可知,我們日常可見當然光能量在5.2*10^-19J到2.8*10^-19J之間,這麼小的能量,撞擊在我們身上基本上可以忽略不計。



當然了,有人說光電效應不就是說光子雖小,可也有光壓嗎?甚至說可以激發金屬片上的電子!那麼到了人體為啥就不行了?難道不能夠對細胞產生任何影響嗎?



這個疑問我想大多數人都有。是的,光子能量雖小,但是對於一些能級較高的電子來說,其能量還是挺大的。有時候甚至可以使電子產生躍遷,導致分子斷鍵或者產生自由基。比如紫外線,由於波長短、單個光子能量大,所以很容易導致細胞內自由基產生,進而導致細胞受損死亡。再比如近紅外光,雖然單個光子能量不大,但是卻容易被身體的組織吸收產生熱效應。而我們冬天的電暖扇發出的光就是紅光,所以我們感覺暖暖的。不過,這些效應的產生都是無數多個光子聚集在一起產生的整體效應,而非單個光子就可以產生這種效應。因為光子的能量、個頭是在太小了,即便真的“咬”你一口,你也不會感覺到“痛”。



另一方面,我們身體自身的反應機制也決定了我們對光子的響應。我們是由細胞組成的,也是靠細胞接受刺激信號進而產生感覺。所以,要想讓身體產生感覺,刺激的幅度至少是細胞級別的。小於細胞級別的刺激神經細胞根本響應不了,身體當然也感覺不到刺激。光子相對於細胞,不論是體積還是能量,都不在一個數量級。所以單個光子撞擊到我們身體,幾乎相當於什麼都沒有。



不過,如果是比紫外波長還短的光子撞擊到我們,雖然我們感覺不到疼痛,但是我們身體內部的一些生物分子其實已經遭到破壞。當然了,稍許的破壞影響不大,如果長時間接觸這種短波長光,那麼很可能造成基因突變,進而可能誘發癌變。比如我們做胸透,雖然什麼都感覺不到,但其實這些射線(光的一種)能量極高,很容易造成細胞內生物分子的破壞,所以一般都建議半年只做一次胸透。而我們的偉大科學家居里夫人,就是死於放射性致癌。


科學探秘頻道


光速是宇宙中物質與信息的最高速度,但就是這樣「最高的速度」,打在人體上,也幾乎沒有感覺。

這是因為光子的動量非常低。所謂動量,在普通物質上,就是速度乘質量,比如1kg的物體,速度是1m/s,那麼動量就是1kg m/s。光子質量為零,但仍然有動量。

光的動量是P = h / lambda,lambda就是光的波長,而h是普朗克常量。

波長越短的光,顏色越偏向紫色,更短則是紫外線、乃至伽馬射線。而它們的能量也隨著波長的縮短而增加。

從前面的公式可以看到,波長越短的光,動量也越大。

而根據牛頓定律,力是動量的變化率(這是嚴格的定義,中學課本中的F=ma是簡化情形)。比如如果在一秒鐘內,動量變化了1kg m/s,那這個物體就收了1N的力。所以我們如果知道單位之間內,有多少光子打到人的表面,並假設這些光子的動量都消失了,那就可以計算人所受到的光壓。

這個力非常之小,100瓦的光照到身上,也只會有5.3x10^-8N的力,人體根本感覺不到。不過這個力仍然可以用來推動航天器,比如「光帆」,就是利用光壓來作為動力。


章彥博


光子有能量就有運動質量,速度又奇快,似乎自帶一萬點傷害。不過誰在太陽下撐傘的時候,感覺傘變重了?實際上光子的動量太小,小到連原子都撞不動,人是不可能感覺到疼的。

這個問題完全可以用數據說話,計算光子導彈的具體威力。可見光波長在770-390納米之間,取能量大的390納米。光子的動量

p=h/λ=6.626×10∧-34/(390×10∧-9)

=1.7×10∧-27N*m。

最小的氫原子質量1.66×10∧-27kg,被光子撞擊後速度可以增加

1.7×10∧-27/(1.66×10∧-27)≈1m/s。

1m/s是個不大不小可以不用科學計數法的數字,如果原子能反彈光子那就是2m/s,可是和動輒幾百米每秒的分子熱運動相比還是太小了。光子的撞擊還沒有分子熱運動撞得疼。



雖然還有動量更大的不可見光,但是光子動量增加幾倍也無妨,何況計算假設光子正好和原子方向相同,如果迎面撞上還要給原子減速。

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飛魚科普


這個問題很有趣!

光子的速度是巨大的,為何穿過我們身體沒有傷害我們呢?

我的理解是如下:

1,光子非常小,小到我們的身體組織對它完全沒有阻礙!

2,光子是宇宙正能量,我們的身體構成也是屬於正能量構成的!我們的身體還有對於暗物質的容納性!就是一個小宇宙!

3,光子有瞬間寂滅性!就是它有多快的速度,寂滅的速度就有多快!正是如此,所以宇宙中光子顯現的比例很小!光子接觸我們身體的一瞬間,由於身體組織的阻礙,它瞬間寂滅了!能量留給了我們身體!卸去能量的光子瞬間轉化為暗物質,瞬間進入二次元空間去了!

即使留下傷痕也是我們的身體能夠瞬間修復的!何況光子給我們的身體成長帶來所需要要的能量!不僅不破壞我們的身體,還對我們的身體有好處!

4,雖然得益於我們身體組織的親光性!但是當光能聚焦到我們身體承受不了的時候,我們的身體也會受到傷害!就如同我們的身體中百分之七十是水,但是增加比例到百分之九十,同時不排除多餘的水,我們會被脹死!

當你夏天在烈日炎炎下暴曬一天,你的皮膚就會紅腫,灼疼,以至於脫皮!

過分了就有了傷害!

5,身體組織對於光子的親和力是在白天!夜晚如果是強光照射你,你就麻煩了。睡不著,失眠!連續幾天你的身體就會生病呢!因為夜晚屬於陰!身體需要暗物質滋潤!你非要亮如白晝,那是孤陰不長啊!

基本上就是上面幾個道理!您可明白了?


玄天護道尊者


光是以電磁輻射形式傳播,也可以說光是電磁波,又可分為可見光和不可見光,它們是由輻射的波長範圍決定,不可見光有伽傌射線、Ⅹ射線、紫外線和紅外線等。人肉眼可見光的波長在400nm到760nm之間。在真空中,光速約為30萬公里/秒,這種速度算是極快的。

人類和其它生物每時每刻都受到電磁輻射,只是受到的輻射量不同,像伽傌射線可以遂穿人體內原子,以低概率作用於原子核或電子,對人體有一定的影響。人類日常生活中能感覺到的是可見光,如陽光、燈光和火光等都屬於可見光。只要溫和的光照在身上,就感覺不出痛來。溫和的光出現需要一定的條件,主要與光線的密度、離光源的距離大小及光傳播中的媒介質影響有關,如太陽光被雲層吸收能量後,照在我們的身上沒有灼痛感,通過聚光鏡作用,把原本溫度不高的陽光聚焦到身上後皮膚感到灼痛,這與光線的密度有關。看來要界定光射在身上有無痛感有很多因素,不可一概而論,不可見光作用於人體時也有類似情況。

既使一個光子對體內原子中的電子產生了作用力,也無法在大腦生產生撞擊力的感覺。因為這是由人的生理決定的,一個光子與組織感受器細胞內原子之間相互作用產生的能量,不會引起化學反應,更不會產生神經電生理,人的感知又是建立在電化學基礎上的,所以不會產生光撞擊力的感覺。

至於光照在身上出現的痛感問題,關鍵要從生理反應角度去了解。任何痛覺的產生,都是在神經傳導電信號作用下實現的,最終由大腦來作出判斷痛的程度。產生動作電位電信號,又必須給組織感受器細胞帶來一定能量的刺激,即通過光輻射的能量作用,促使感受器細胞內相關分子進行一系例的化學反應,再通過離子和某些物質的跨膜活動來影響動作電位產生,這一過程涉及到光能轉化為電能,也涉及到量子化學。說明光作用於人身產生痛覺與多少光線攜帶多少能量刺激感受器細胞有關,而與光的速度無關,這就要從生理、物理和化學等方面去綜合性考慮。


啟迪揭夢


打在人身上必須有動量,動量等於物體質量乘於速度,p=mv,根據狹義相對論,只有靜質量為零的粒子其運動速度才能達到光速(真空中),光子的速度為光速,所以其靜質量只能為零,否則違反狹義相對論。所以光子的質量就為0,帶入公式p=mv,得出的結果是光子的動量就等於零。所以光子打在人身上就沒有什麼影響。

從另外一個角度考慮,光具有波粒二向性,通過雙縫干涉試驗可以說明光是一分一分的粒子,但同事發現光是一種波。假如是波就完全沒有計量每一個光子動量的前提,因為它不是粒子,無法計量。


雄貓Tomcat


光速力量如此強大,為何人體被光線穿過卻毫無感覺?

首先要糾正一個觀點,人體無法被一般的光線穿過!無論如何體質的人體都會擋住大約衝太赫茲電磁波以上到X光波段一下這波段內的所有光子!在這個波段的光子“擊打”在人身上時,所有的光子能量將會傳遞給人體!

暴曬之後脫皮就是皮膚已經被光子的能量所損傷,老化無法修復直至死亡而造成脫皮!當然這只是普通強度的可見光而已!只要光通量夠大比如到達水星位置,與太陽的距離只有地球的1/3,那麼光輻射將增加70倍左右,很顯然人體正面朝向太陽時截面積約0.2-0.3平方米,那麼將要承受36KW的功率,請問這個人能吃得消不!

因此對於沒有靜止質量的光子來說,殺死人的不是速度,而是能量!而頻率越高則能量也越高,紫外線以及極紫外都對人體有害,而更高的X射線與γ射線則能量極大,穿透力也極強,對人體危害非常大!

我們要防的γ射線只有厚厚的混凝土才能屏蔽,可以想象下,如果兩顆中子星合併,γ射線流朝著地球防線而距離又在數十光年內的話,地球生命可能就危在旦夕了!畢竟沒有任何預警即直接暴露在γ射線之下!

有理論認為地質史上的5次生命大滅絕,至少有一次是太陽系附近的超新星爆發或者中子星合併引發的γ射線暴所致,當然從現在的角度來說可能比較難考證,但高能射線轟擊氮、氧等元素會產生“鈹-7”和“鈹-10”,不過很可惜,即使是“鈹-10”的半衰期也就150萬年,對於地質史上動輒億年的時間跨度,似乎很難作為考證的理由!

當然我們也不必如此糾結,但我們所有了解的是,光子撞擊在人身上是會有感覺的,而這個感覺需要累積足夠的光子能量,最直觀的就是我們視物,而感覺則是逐漸溫暖、直至發熱,甚至發燙,這是組成皮膚的原子核外層電子躍遷的必然結果,而人體感覺卻很簡單,暖和了!或者冒汗了,在這中暑脫水了........就是光速的光子給予我們的感覺!


星辰大海路上的種花家


有感覺的,我們不是感覺到光和熱了嗎?這就是感覺啊。

當然,除了光和熱,我們還可以感受的到光壓的存在,為什麼沒有真切的感受到這種光力,是因為光的動量太小太小。

有人問,光子沒有質量,哪來的動量,光子是沒有質量,不過是沒有靜止質量,是因為光子無法靜下來讓你測量,光子始終都在運動,所以它有動質量,也就是相對論質量。所以m(相對論質量)=E/c^2=hf/c^2=h/cL。其中L是光波長,F是光頻率,h是普朗克常數。

(圖為青少年在科技館中感受“光壓”)

光壓是照射到物體上對物體產生的壓強,也就是輻射壓,由於人的表面積很小,加上照射到人的身體上的光產生的輻射壓也很小,因此我們感受不到,但精密的儀器是可以測量的到的。

未來可能出現的光帆就是依據這個原理,然後暢遊在太陽系中,抵達太陽系內任何一顆行星,這是有可能的。

個人淺見,歡迎評論!

本回答由一枚遊戲科幻迷原創,感謝點贊關注,我們一起科幻想象、暢遊宇宙!予人玫瑰,手有餘香!


科學船塢


因為,從人一開始離開母體的時候第一次被光打到身上是有感覺的,於是就會哇哇大哭!從那以後人身上自己也有光子、熱量、電磁波等往外面輻射,人活著的時候外面的光打在身上之前也被我們從第一天起反射出來的各種波所抵消。當兩個人的身體貼在一起的時候,貼著的地方就會產生的輻射會形成熱量,刺激神經產生愉快的感覺。通常男人和女人的波比較匹配,但是有時候頻道調得不一樣,同性就產生頻率匹配了,有時候雙性都匹配。有時候你坐在傳播光的方向讓光亮通過你的臉部去射你的女伴,她通常會任你擺佈,但是如果你的女伴佔住了高光位置射你,你就處於被動,這在醫學上叫做搶佔C位。當然你反射的光是有限量的,如果突然光更強你卻跟以前一樣的反射,你就很痛,但是如果你身上分泌了油脂使身體變透亮,就能反射更多的光出去對沖外面的光,這就是為什麼黑人總是油亮油亮的。感覺光的力量這麼小射不了多遠,但是宇宙中充滿了各種物質都可以反射或者傳播光,假設有個長城有幾億公里,有很多烽火臺每個烽火臺都有一個人,你瞄著上一個人同時舉火把而且誤差幾乎沒有,光在這個長城傳播的速度應該快過在真空中傳播,這可以用小學數學精確計算出來


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