許多網(wǎng)友總會腦洞大開,比如提出不少這樣的問題,夸克級的細(xì)絲能夠割斷人的脖子嗎?過去我好像回答過諸如此類的問題,現(xiàn)在再從另外角度說一下。
先說答案:不能。
這種細(xì)絲切割人體的想法可能來源于《三體》
可能有人認(rèn)為,再小的絲切過人的脖子,頭也會掉了。許多人受到劉慈欣的小說《三體》影響比較大,在這部小說中有這樣一個情節(jié):中國科學(xué)家汪淼發(fā)明了一種納米絲,很細(xì)很堅固,但肉眼看不見。將這種細(xì)絲按照50cm間隔拉扯在運河的兩岸,當(dāng)?shù)厍蚺衍姷摹皩徟腥铡碧柧掭喗?jīng)過時,就被這個叫做“死亡之琴”的裝置像切豆腐一樣,將這艘巨輪切割成一堆積木,所有人都被切成數(shù)段,叛軍頭目伊文斯被切成3段。
納米有多大?1nm(納米)等于10^-9m(米),也就是10億分之1米。人的頭發(fā)絲最粗的有100μm(微米),1μm=1000nm,1nm就相當(dāng)一根最粗頭發(fā)的10萬分之一。但《三體》中割碎巨輪的納米絲描述為頭發(fā)絲的1/10,粗細(xì)也就約10μm或1萬nm。這樣粗的細(xì)絲,已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一個分子的數(shù)量級了,所以能夠破壞和割斷人體或船體是完全可能的。
那么夸克有多大呢?
現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為,夸克是組成原子核質(zhì)子和中子的基本粒子,是不可再分割的粒子。一個原子根據(jù)原子核中的質(zhì)子數(shù)量不同,有大有小,現(xiàn)在科學(xué)一般給出的原子直徑為10^-10m,即100億分之1米,也就是0.1nm,又叫1埃。
原子由原子核和核外電子組成,一般原子核的數(shù)量級為10^-15m,即1000萬億分之1米,直徑比原子小10萬倍,體積只是原子的數(shù)千萬分之一。而原子核的質(zhì)量卻占有了整個原子的99.96%,因此原子核與原子的電子外殼之間基本是虛空的。
組成原子核的質(zhì)子和中子,尺度約為10^-15m,也就是和原子核差不多;每個質(zhì)子或中子由3個夸克組成,夸克的直徑約為10^-18m,比質(zhì)子和中子小了1000倍,比原子小了1億倍,比納米小了10億倍。
原子是組成我們認(rèn)知世界的最基本單元。人體是由細(xì)胞組成的,細(xì)胞又是由原子分子組成的。一個細(xì)胞直徑約在2~200μm之間,由約1萬億個原子組成。
這些原子組成物質(zhì)時,并不是密密匝匝擠在一起的,中間是有間隙的,原子與原子的間隙約一個原子尺度,也就是約10^-10m,而每個原子本身又是虛空的,核外電子與原子核之間相對夸克來說是一個巨大空間。
而人體是由細(xì)胞組成,只要不破壞人體細(xì)胞DNA分子鍵,人體就無恙。納米絲連原子都碰不到,而一個細(xì)胞由萬億原子組成,就更沒辦法破壞細(xì)胞了,所以納米級細(xì)絲切割人體,就像進入一個鏤空的世界,很難碰到實體。而且組成細(xì)胞的分子由范德華力凝聚在一起,這種細(xì)絲即便切在分子上,也無法阻斷范德華力,分子依然是分子,就跟不要說切斷脖子了。
但高能宇宙射線是能夠打斷人體的分子鍵和原子鍵的,這就是高能輻射。這種輻射由高能亞原子粒子或波長很短的高能光組成,會對人體細(xì)胞造成損害。如果所謂夸克絲太多太密集,打入人體的能量又很高,可能對人體也會造成傷害。
但這個世界不可能存在夸克級細(xì)絲
這個論斷不是說未來人類無法達(dá)到這個技術(shù)能力,而是由夸克禁閉原理所決定。
夸克是在宇宙大爆炸開始后10^-10秒(10萬億分之1秒)時出現(xiàn)的,這時的宇宙溫度約為10萬億K;到了10^-6~10^-3秒(百萬分之1秒到千分之1秒)時,宇宙溫度降到萬億K,夸克的等離子階段就結(jié)束了,就不再有能量實現(xiàn)自由漫游了,而是2個或3個夸克束縛在一起,形成形成重子或反重子,質(zhì)子和中子等強子也就這樣形成了。
夸克禁閉是一種物理現(xiàn)象,主要描述夸克不會單獨存在。這里面的理論很復(fù)雜,一下也說不清楚,總體上從夸克形成過程來看,夸克單獨存在需要巨大能量,溫度達(dá)到萬億K以上,這時即便夸克單獨存在了也無法組成夸克絲。
在現(xiàn)實中,帶色荷的夸克必須和其他夸克一起,2個或3個組成一個粒子,使得總色荷為零??淇私M成的粒子叫“強子”,而3個夸克組成的質(zhì)子和中子是最穩(wěn)定的“強子”。
由于夸克禁閉現(xiàn)象,人們無法直接觀測到夸克,也不能分離出夸克,只能通過觀測強子的一些行為,了解夸克的狀況。因此,夸克級的細(xì)絲是永遠(yuǎn)也不會出現(xiàn)的,所以擔(dān)心被夸克級細(xì)絲斬首的人們可以放心了。
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