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      被光速飛行的質子擊中會怎樣?

      2022-06-19  大科技雜志社   |  轉藏
         

        我們已經知道,物體在高速運動時具有強大的能量,即使是很小的物體也會造成嚴重的破壞,比如一只飛鳥就能撞毀龐大的飛機,而一粒小小的子彈能射穿堅硬的頭骨。那么,如果將物體的質量縮得更小,縮到一個質子那么小,它以光速向我們襲來,又會對我們造成什么影響呢?

        我們能抓住質子嗎

        說起是否能抓住質子,也許你首先會想,想要抓住一件物品,需要追上它或者至少要跟它保持相近的速度。但是,這個質子是以光速飛行的,我們怎么可能抓住它呢?

        這么想就錯了,要知道,質子是微小且無處不在的粒子,空氣中、海水中甚至宇宙中,到處都存在著質子。我們時時刻刻都在與質子打交道,而這些質子并不會拐彎,當它們與人體相遇時,有的穿過了我們的身體,有的被身體阻隔在外。也就是說,假如一個質子向我們飛來,我們是一定能抓住它的,區別只是不同的身體部位“抓住”它,會產生不一樣的結果罷了。

        在宇宙中,存在許多高能粒子,科學家們為了判斷它們對人體的傷害,做過許多試驗。他們得到這樣的結論,能量達到10MeV(兆電子伏特,粒子能量單位)量級的粒子能穿透皮膚軟組織,但不能穿透骨頭,超過150MeV的粒子可以穿過人的顱骨。那么,一個光速運動的質子,它的能量是多大呢?根據量能公式,我們算出來一個以光速運動的質子動能大約是469MeV,這樣的話,這個質子很容易就能穿透人體,只是速度略有減緩。

        不過,人體并不是空心的結構,其中存在著各種細胞和組織,就像水泥墻可以抵擋輻射一樣,當質子撞上人體細胞時,它的能量也會得到不同程度的衰減,甚至最終停下來。因此,這個質子還是有可能被人體“抓住”的。

        撞上質子會怎樣

        我們之所以害怕核武器,除了其本身巨大的爆炸能量外,后續的輻射傷害也是人們忌憚它的原因,而所謂的輻射,其實就是高能粒子撞擊人體細胞時對其造成的傷害。那么,這個質子穿體而過或最終停留在人體內,會造成什么影響呢?

        這個質子撞上人體后,必然會和體內的一個或多個分子相撞。撞擊發生后,與核裂變反應相似,這個質子會破壞分子的化學鍵,說不定還會將其中的質子或中子給撞出來。這樣一來,這些被撞的分子就喪失了它們原本的功能。好在,我們的身體中有成千上萬的能實現相同功能的有機物分子,一些分子喪失功能對人體的影響不大。

        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,而基因變化不止影響單一細胞,也許會產生連鎖反應,影響一系列生理過程,甚至還會遺傳到后代身上。不過,基因突變也沒有那么可怕,因為正常情況下,人體細胞的基因也會因為復制或剪切出錯而不斷發生突變。而細胞中存在著一套修復機制,能讓這些突變忽略不計,使其不至于影響機體的正常功能。實在修復不了,細胞還會啟動凋亡程序,使出錯的細胞自殺,從而保證了整體的穩定。

        如果這個質子沒能穿體而過,而是停留在人體內,其影響很可能比穿體而過更大一些。根據物理定律,當一個高速物體撞上靜止物體時,如果兩者質量相近,其中的高速物體的能量會減半,但不會完全停止。也就是說,這個質子會在體內造成一起“連鎖車禍”,給不同的分子造成不同程度的破壞,減少它們的壽命,導致身體的各個部位出現損傷。

        被質子爆頭仍存活

        不過,說了這么多,如果真的被一個高速質子穿過身體,究竟會造成什么影響呢?歷史上還真的有一個倒霉的人被質子穿腦而過。

        這個倒霉的人叫阿納托利·布格斯基,他是蘇聯的一位助理研究員,負責維護粒子加速器U-70。U-70是蘇聯最大的粒子加速器,一次會發射大約三千串質子流,每串質子流約有一千億個質子,能量高達7.6萬MeV。我們已經知道,數百MeV的質子會對人體產生一定的影響,甚至會殺死許多細胞。因此,可以確定,這些質子流對人體是非常危險的。

        布格斯基在操作粒子加速器時保持著很強的安全意識,但意外的發生總是讓人猝不及防。1978年7月的一天,布格斯基正在檢修粒子加速器,他把頭伸進了加速器里檢查一個出了問題的部件,結果腦袋卡在里面。不料,此時一個安全裝置突然失靈,機器中發射出一束質子流,質子流很快被加速到近光速,不偏不倚地向他的頭部射去!

        布格斯基當然反應不及,質子流穿過了他的頭部。布格斯基認為他必死無疑,因此他平靜地完成了“最后”的工作,記錄下他對加速器的檢測結果,然后等待死亡的降臨。第二天,布格斯基的左臉腫脹到無法辨認的地步,他被立即送往醫院,但是醫生對此也束手無策,不知道能采取什么措施幫助他。高能質子燒毀了布格斯基左邊臉頰的骨頭,還損害了其中部分腦組織,他的左臉幾乎完全癱瘓了。過了幾天,布格斯基的臉部開始掉皮,看上去像腐爛的前兆。可是就在所有人都在準備為他料理后事時,他的臉卻開始慢慢愈合了,又過了幾個星期,他居然可以出院了。

        雖然醫生認為他可能會隨時死去,但布格斯基直到現在還活著,已有70多歲高齡,只不過被各種后遺癥折磨著:他最終失去了左耳的聽力,并出現癲癇癥狀,左臉也完全癱瘓。值得敬佩的是,被擊穿頭部后,布格斯基的智力并沒有受到影響,在后遺癥的折磨下,他依舊憑借著自己的努力堅持學習,最終拿下了博士學位。

        看來,高速質子雖然會給我們造成各種各樣的痛苦,但人體具有強大的自愈能力,在遭遇質子“車禍”后,我們還是很可能存活下來的。當然,還是祈禱我們一輩子都不要遭遇這樣的“車禍”為好。

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