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未来能否做出夸克级细丝,这种细丝能割断人的脖子吗?为什么?

许多网友总会脑洞大开,比如提出不少这样的问题,夸克级的细丝能够割断人的脖子吗?过去我好像回答过诸如此类的问题,现在再从另外角度说一下。

先说答案:不能。

这种细丝切割人体的想法可能来源于《三体》

可能有人认为,再小的丝切过人的脖子,头也会掉了。许多人受到刘慈欣的小说《三体》影响比较大,在这部小说中有这样一个情节:中国科学家汪淼发明了一种纳米丝,很细很坚固,但肉眼看不见。将这种细丝按照50cm间隔拉扯在运河的两岸,当地球叛军的“审判日”号巨轮经过时,就被这个叫做“死亡之琴”的装置像切豆腐一样,将这艘巨轮切割成一堆积木,所有人都被切成数段,叛军头目伊文斯被切成3段。

纳米有多大?1nm(纳米)等于10^-9m(米),也就是10亿分之1米。人的头发丝最粗的有100μm(微米),1μm=1000nm,1nm就相当一根最粗头发的10万分之一。但《三体》中割碎巨轮的纳米丝描述为头发丝的1/10,粗细也就约10μm或1万nm。这样粗的细丝,已经远远大于一个分子的数量级了,所以能够破坏和割断人体或船体是完全可能的。

那么夸克有多大呢?

现代科学认为,夸克是组成原子核质子和中子的基本粒子,是不可再分割的粒子。一个原子根据原子核中的质子数量不同,有大有小,现在科学一般给出的原子直径为10^-10m,即100亿分之1米,也就是0.1nm,又叫1埃。

原子由原子核和核外电子组成,一般原子核的数量级为10^-15m,即1000万亿分之1米,直径比原子小10万倍,体积只是原子的数千万分之一。而原子核的质量却占有了整个原子的99.96%,因此原子核与原子的电子外壳之间基本是虚空的。

组成原子核的质子和中子,尺度约为10^-15m,也就是和原子核差不多;每个质子或中子由3个夸克组成,夸克的直径约为10^-18m,比质子和中子小了1000倍,比原子小了1亿倍,比纳米小了10亿倍。

原子是组成我们认知世界的最基本单元。人体是由细胞组成的,细胞又是由原子分子组成的。一个细胞直径约在2~200μm之间,由约1万亿个原子组成。

这些原子组成物质时,并不是密密匝匝挤在一起的,中间是有间隙的,原子与原子的间隙约一个原子尺度,也就是约10^-10m,而每个原子本身又是虚空的,核外电子与原子核之间相对夸克来说是一个巨大空间。

而人体是由细胞组成,只要不破坏人体细胞DNA分子键,人体就无恙。纳米丝连原子都碰不到,而一个细胞由万亿原子组成,就更没办法破坏细胞了,所以纳米级细丝切割人体,就像进入一个镂空的世界,很难碰到实体。而且组成细胞的分子由范德华力凝聚在一起,这种细丝即便切在分子上,也无法阻断范德华力,分子依然是分子,就跟不要说切断脖子了。

但高能宇宙射线是能够打断人体的分子键和原子键的,这就是高能辐射。这种辐射由高能亚原子粒子或波长很短的高能光组成,会对人体细胞造成损害。如果所谓夸克丝太多太密集,打入人体的能量又很高,可能对人体也会造成伤害。

但这个世界不可能存在夸克级细丝

这个论断不是说未来人类无法达到这个技术能力,而是由夸克禁闭原理所决定。

夸克是在宇宙大爆炸开始后10^-10秒(10万亿分之1秒)时出现的,这时的宇宙温度约为10万亿K;到了10^-6~10^-3秒(百万分之1秒到千分之1秒)时,宇宙温度降到万亿K,夸克的等离子阶段就结束了,就不再有能量实现自由漫游了,而是2个或3个夸克束缚在一起,形成形成重子或反重子,质子和中子等强子也就这样形成了。

夸克禁闭是一种物理现象,主要描述夸克不会单独存在。这里面的理论很复杂,一下也说不清楚,总体上从夸克形成过程来看,夸克单独存在需要巨大能量,温度达到万亿K以上,这时即便夸克单独存在了也无法组成夸克丝。

在现实中,带色荷的夸克必须和其他夸克一起,2个或3个组成一个粒子,使得总色荷为零。夸克组成的粒子叫“强子”,而3个夸克组成的质子和中子是最稳定的“强子”。

由于夸克禁闭现象,人们无法直接观测到夸克,也不能分离出夸克,只能通过观测强子的一些行为,了解夸克的状况。因此,夸克级的细丝是永远也不会出现的,所以担心被夸克级细丝斩首的人们可以放心了。

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