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一根夸克大小的細絲,快速切割人體,會致人於死地嗎?

先說結論:夸克無法在自然界單獨存在,因此沒有這麼大小的細絲。如果有這麼大小的細絲切割人體,少則無礙,多則傷身甚至喪生。

人體每天都有無數細小的粒子轟擊,比如說中微子,是迄今人們發現除光子外最小的物質,這種物質是比中子還要小百萬倍的粒子,一般認爲,中子的數量級爲10^-15m,小百萬倍就是小6個數量級,爲10^-21m。

來自太陽的中微子每時每刻都有萬億個之多穿過人體,不管你是在向陽的一面還是背陽的一面躺在牀上睡大覺,這些中微子都毫不客氣的任意穿梭,因爲地球12657km的厚度也無法阻擋它它們。這是因爲它們電中性的特性,中微子又小又幾乎不與任何物質發生交互作用,我行我素,而原子微小的隙縫對於它們來說就是寬廣的大海,所以它們才能夠旁若無人眼都不眨一下的出入人體沒商量,你會一點感覺都沒有。

從這個意義上來說,似乎只要物質足夠細小,就對人體沒有傷害。這或許有點道理,但要看這個足夠有多小,還要看這個物質是什麼性質。

夸克是強子的內部結構。

強子是一種亞原子粒子,所有受到強相互作用影響的亞原子粒子都被稱爲強子。強子,包括重子和介子。最常見的重子就是原子核的組成中子和質子或反中子、反質子。

現代理論認爲,中子和質子等強子(重子)並不是最基本里粒子,它們內部還有結構,人們把這種結構叫做夸克,夸克互相結合,形成一種複合粒子,叫強子。質子和中子就是最穩定的強子。

夸克迄今爲止並沒有被直接觀測到,更沒有被分離出來。人們知道夸克的存在,是通過對強子(中子或質子等)觀測,通過一系列實驗獲得了它們的蹤跡。

上世紀三十年代粒子加速器問世,可以將及其細小的帶電粒子加速實行高能量碰撞;五十年代,世界著名實驗物理學家唐納德·格拉澤發明了“氣泡室”,科學家們將亞原子粒子加速到接近光速,拋出這個充滿氫氣的低壓氣泡室,這些粒子在碰撞氫原子核後再氣泡室留下一些微小的氣泡,這樣就顯露了更微小粒子的蹤跡,科學家們估算出了這羣陌生粒子的大小、電荷、運動方向和速度,但無法確定它們到底是什麼。

在後來許多科學家們的窮究下,隨着加速器能量的提升,這些新粒子漸漸被解開了其神祕面紗,科學界正是確立了強子由更小的物質結構組成,這個結構就是夸克。現在發現的夸克有6種,一般稱“味”,即上、下、粲、奇、底、頂,其中上下夸克最常見,存在於中子、質子之中,目前認爲質子是由兩個+2/3電荷的上夸克和一個-1/3電荷的下夸克通過膠子在強相互作用下構成。

上夸克和下夸克是最輕的夸克,其餘較重夸克在宇宙中很少存在,這是因爲這些夸克會很快衰變,它們在宇宙高能粒子撞擊中形成,很快就衰變成上下夸克。

一般認爲夸克大小在10^-18數量級,比中子質子小3個數量級,也就是小100倍。那麼這麼大小的物體切割人體會造成傷害嗎?這只是一種假設,因爲夸克本身是無法單獨存在,更無法形成物質的,形成物質的最小組成單位是原子。

理論上認爲,由於“夸克禁閉”作用,夸克是無法單獨存在的,也就是說不可能存在一個夸克直接掃過人體,更不可能有一根由夸克製作成的細絲掃過人體。但如果假設這麼大小的物質掃過人的身體會怎麼樣呢?

我們來看看一些物質對身體的影響,從中得到一點啓示。

人類接受微小物體損害程度最貼切的例子就是宇宙射線。在地球表面,由於大氣的消減作用,人類和各種生物受到宇宙射線危害很少,一般只會受到0.3~0.4mSv/y(年)的照射。但在太空,這種輻射就厲害多了,每秒約有5000個高能粒子穿越人體,相當於每秒約有1個高能質子穿越一平方釐米的面積,打斷人體內的化學鍵,使人體產生電離反應,如遇到重離子(如鐵原子核)的輻射就傷害更大了,是質子的676倍。

NASA的一些科學家估計,宇航員在太陽系內的太空中每年如果受到250mSv的輻射,體內DNA將有1/3被切斷;在月面受到宇宙射線輻射每年是70~120mSv,在地球附近的範艾倫輻射帶高達15Sv/y(1000mSv=1Sv),而且太陽還會釋放重原子核,因此宇航員如果沒有屏障會很快死亡,即便穿着宇航服,在艙外室外活動時間長了也會受到很大傷害。

現在我們知道了,中微子這種目前認知最細小的粒子,穿越人體是沒有什麼大礙的;但質子級的高能粒子宇宙輻射穿越人體會對人體產生傷害甚至致死,而且這種致死穿越要達到一定的量。

而夸克是介於質子和中微子之間的一種只可意會不可看到的粒子,如果真的能夠製成一根細絲,快速切割一次人體,我想應該是沒有大礙的;但如果製成很多根細絲,很多次的不斷切割,就會對人體產生傷害。

就是這樣,歡迎討論,感謝閱讀。

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