極高的速度往往意味著極高的能量。
自從飛機這種人造飛行器誕生以來,天空中就一直發(fā)生著飛鳥撞擊事件。我們都聽說過,一只鳥可以撞爆一架飛機。
這聽起來是一件不可思議的事情,小小的鳥怎么可能擁有那么大的能量,飛機怎么會那么不堪一擊?
其實,這完全是有可能而且真實發(fā)生過的。
小鳥本身就算飛得再快,也不至于可以撞壞一架飛機,關鍵在于飛機是以極高的速度運行著的。
小鳥即使懸停在空中,但相對于高速飛行的飛機來說,它仍然是以極高的速度沖向飛機的,這一撞,就出事了。
如果一只小鳥不小心撞上了停在機場的飛機,那根本不會出現什么事故,頂多是小鳥被撞暈了。
就像,有時候會有小鳥撞到家里的窗戶玻璃一樣,飛機可比玻璃堅硬多了。
據計算,一只0.45公斤的與時速960公里的飛機相撞,會產生21.6萬牛頓的力。如此大的力,撞壞飛機也不為過了。
從鳥撞事件可以看出,即使是很小的東西,一旦擁有很高的速度(相對于被撞者),那它所具有的能量就是超乎想象的。
類比于鳥擊,我們不禁想知道,讓一個鐵原子以28,000公里/小時的速度撞擊人的頭部,那樣的話將會發(fā)生什么?
極其微小的原子
讓一個鐵原子撞擊人的頭部,聽起來很像對著腦袋開槍,但鐵原子絕對是一顆極其袖珍的子彈。
一個原子能有多大呢?
據測量,原子的直徑一般在0.1-0.5納米之間,也就是1×10^-10至5×10^-10米,只看數字好像并不直觀,我們舉些例子。
100萬個原子排列起來的長度才相當于人的頭發(fā)的直徑,如果將一個蘋果放大到跟地球一樣大,那么蘋果中的原子就跟原來的蘋果一樣大。
一個蘋果與整個地球,這個看似夸張的比較,卻很能說明原子的極其微小。一個蘋果跟地球一樣大的時候,我們人有多大呢?
盡管原子已經很小了,但它并不是最小的不可切分的粒子,實際上它由更小的原子核和電子組成。
原子核占據了原子幾乎全部的質量。組成原子核的兩種粒子分別是質子和中子,質子帶一個單位的正電荷,而中子不帶電。
以前人們認為原子是構成物質的最小基本單位,但后來科學家又發(fā)現了夸克,夸克比原子更小。
夸克存在于何處?其實質子和中子就是由夸克組成的,夸克不能單獨存在,而是互相結合在一起。
結合在一起的夸克會形成一種復合粒子,這種復合粒子就是強子,質子和中子就屬于強子,而且還是強子中最穩(wěn)定的。
由于夸克不是單獨存在且無法分離出來,所以人類對夸克的認識都是通過觀測強子才得知的。
微觀世界中的一個基本粒子,即使是以28000公里的時速沖擊人體,似乎依舊顯得微不足道。
粒子撞擊人體并不是我們的刻意設想,這種現象其實每時每刻都在發(fā)生。
銀河宇宙射線
來自外太空的帶電高能粒子每天都在沖擊著地球,這種粒子束我們稱之為宇宙射線或銀河宇宙射線,簡稱GCR。
宇宙射線可以大致分為原生宇宙射線和衍生(二次)宇宙射線,太陽直接發(fā)出的射線就屬于原生宇宙射線,原生宇宙射線又星際物質作用會產生衍生宇宙射線。
一般情況下,進入地球大氣層的宇宙射線90%是質子,9%是氦原子核,也就是α粒子,其余的1%是電子。
宇宙射線的能量可以超過10^20 eV,遠超過地球上的粒子加速器可以達到的10^12至10^13 eV。
當帶有極高能量的宇宙射線沖擊地球時,會被地球大氣層“攔截”,也就是宇宙射線會大氣層中的空氣分子碰撞。
這些碰撞會產生很多的π介子和k介子,介子跟質子一樣也屬于強子的一種。π介子和k介子很快會衰退為極不穩(wěn)定的μ子(一種粒子)。
而許多μ子是可以到達地球表面的,它們帶有的能量大約是1.4Tev,也就是1400ev。顯然即使這些μ子是徑直打向我們的頭部的,我們現在依然活得好好的。
而一個時速為28000公里的鐵原子具有的能量是17ev,相比與μ子,這點能量是在是太小了。
能量約是鐵原子1000倍的μ子都無法對人體造成影響,更不用說鐵原子了。
所以,我們設想的這個以28000公里每小時速度撞擊人體頭部的鐵原子根本無法對我們造成一丁點影響,頂多是你的頭上會多一個鐵原子,僅此而已。
如果鐵原子的速度再高一點
對于地球上的生物而言,宇宙射線被大氣層阻隔,幾乎對它們造成不了多大的影響。但對于太空中的宇航員來說,宇宙射線的危害是不可忽視的。
科學家估計,在太空中每秒鐘大約有5000個粒子會貫穿宇航員的身體,而這些進入人體的粒子打斷體內的化學鍵,引起一連串電離反應。
而我們所熟知的DNA正是依靠化學鍵連接成螺旋狀結構,被打斷化學鍵的DNA很容易發(fā)生變異。
根據美國國家航空航天局(NASA)的估計,宇航員在太陽系內的太空中每年受到的輻射足以使體內約有1/3的DNA會切斷。
所以,宇航服對于宇航員是相當重要的。
如果我們給這個鐵原子更高的速度,比如說接近光速,那么它的威力就可以比擬宇宙射線。那它可能會損傷你的細胞。
可是那點小傷,馬上就會被修復好。
最后
盡管28000公里的時速很能引起人的注意,但鐵原子是在是太小了,它并不具備傷害人,甚至連讓人感覺到的能力都沒有。
如果它打到了你的視網膜上,你可能會看到閃爍。