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被光速飞行的质子击中会怎样?

我们已经知道,物体在高速运动时具有强大的能量,即使是很小的物体也会造成严重的破坏,比如一只飞鸟就能撞毁庞大的飞机,而一粒小小的子弹能射穿坚硬的头骨。那么,如果将物体的质量缩得更小,缩到一个质子那么小,它以光速向我们袭来,又会对我们造成什么影响呢?

我们能抓住质子吗

说起是否能抓住质子,也许你首先会想,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,这个质子是以光速飞行的,我们怎么可能抓住它呢?

这么想就错了,要知道,质子是微小且无处不在的粒子,空气中、海水中甚至宇宙中,到处都存在着质子。我们时时刻刻都在与质子打交道,而这些质子并不会拐弯,当它们与人体相遇时,有的穿过了我们的身体,有的被身体阻隔在外。也就是说,假如一个质子向我们飞来,我们是一定能抓住它的,区别只是不同的身体部位“抓住”它,会产生不一样的结果罢了。

在宇宙中,存在许多高能粒子,科学家们为了判断它们对人体的伤害,做过许多试验。他们得到这样的结论,能量达到10MeV(兆电子伏特,粒子能量单位)量级的粒子能穿透皮肤软组织,但不能穿透骨头,超过150MeV的粒子可以穿过人的颅骨。那么,一个光速运动的质子,它的能量是多大呢?根据量能公式,我们算出来一个以光速运动的质子动能大约是469MeV,这样的话,这个质子很容易就能穿透人体,只是速度略有减缓。

不过,人体并不是空心的结构,其中存在着各种细胞和组织,就像水泥墙可以抵挡辐射一样,当质子撞上人体细胞时,它的能量也会得到不同程度的衰减,甚至最终停下来。因此,这个质子还是有可能被人体“抓住”的。

撞上质子会怎样

我们之所以害怕核武器,除了其本身巨大的爆炸能量外,后续的辐射伤害也是人们忌惮它的原因,而所谓的辐射,其实就是高能粒子撞击人体细胞时对其造成的伤害。那么,这个质子穿体而过或最终停留在人体内,会造成什么影响呢?

这个质子撞上人体后,必然会和体内的一个或多个分子相撞。撞击发生后,与核裂变反应相似,这个质子会破坏分子的化学键,说不定还会将其中的质子或中子给撞出来。这样一来,这些被撞的分子就丧失了它们原本的功能。好在,我们的身体中有成千上万的能实现相同功能的有机物分子,一些分子丧失功能对人体的影响不大。

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,而基因变化不止影响单一细胞,也许会产生连锁反应,影响一系列生理过程,甚至还会遗传到后代身上。不过,基因突变也没有那么可怕,因为正常情况下,人体细胞的基因也会因为复制或剪切出错而不断发生突变。而细胞中存在着一套修复机制,能让这些突变忽略不计,使其不至于影响机体的正常功能。实在修复不了,细胞还会启动凋亡程序,使出错的细胞自杀,从而保证了整体的稳定。

如果这个质子没能穿体而过,而是停留在人体内,其影响很可能比穿体而过更大一些。根据物理定律,当一个高速物体撞上静止物体时,如果两者质量相近,其中的高速物体的能量会减半,但不会完全停止。也就是说,这个质子会在体内造成一起“连锁车祸”,给不同的分子造成不同程度的破坏,减少它们的寿命,导致身体的各个部位出现损伤。

被质子爆头仍存活

不过,说了这么多,如果真的被一个高速质子穿过身体,究竟会造成什么影响呢?历史上还真的有一个倒霉的人被质子穿脑而过。

这个倒霉的人叫阿纳托利·布格斯基,他是苏联的一位助理研究员,负责维护粒子加速器U-70。U-70是苏联最大的粒子加速器,一次会发射大约三千串质子流,每串质子流约有一千亿个质子,能量高达7.6万MeV。我们已经知道,数百MeV的质子会对人体产生一定的影响,甚至会杀死许多细胞。因此,可以确定,这些质子流对人体是非常危险的。

布格斯基在操作粒子加速器时保持着很强的安全意识,但意外的发生总是让人猝不及防。1978年7月的一天,布格斯基正在检修粒子加速器,他把头伸进了加速器里检查一个出了问题的部件,结果脑袋卡在里面。不料,此时一个安全装置突然失灵,机器中发射出一束质子流,质子流很快被加速到近光速,不偏不倚地向他的头部射去!

布格斯基当然反应不及,质子流穿过了他的头部。布格斯基认为他必死无疑,因此他平静地完成了“最后”的工作,记录下他对加速器的检测结果,然后等待死亡的降临。第二天,布格斯基的左脸肿胀到无法辨认的地步,他被立即送往医院,但是医生对此也束手无策,不知道能采取什么措施帮助他。高能质子烧毁了布格斯基左边脸颊的骨头,还损害了其中部分脑组织,他的左脸几乎完全瘫痪了。过了几天,布格斯基的脸部开始掉皮,看上去像腐烂的前兆。可是就在所有人都在准备为他料理后事时,他的脸却开始慢慢愈合了,又过了几个星期,他居然可以出院了。

虽然医生认为他可能会随时死去,但布格斯基直到现在还活着,已有70多岁高龄,只不过被各种后遗症折磨着:他最终失去了左耳的听力,并出现癫痫症状,左脸也完全瘫痪。值得敬佩的是,被击穿头部后,布格斯基的智力并没有受到影响,在后遗症的折磨下,他依旧凭借着自己的努力坚持学习,最终拿下了博士学位。

看来,高速质子虽然会给我们造成各种各样的痛苦,但人体具有强大的自愈能力,在遭遇质子“车祸”后,我们还是很可能存活下来的。当然,还是祈祷我们一辈子都不要遭遇这样的“车祸”为好。

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