被光速飛行的質(zhì)子擊中會(huì)怎樣？

趙曦

我們已經(jīng)知道，物體在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)具有強(qiáng)大的能量，即使是很小的物體也會(huì)造成嚴(yán)重的破壞，比如一只飛鳥就能撞毀龐大的飛機(jī)，而一粒小小的子彈能射穿堅(jiān)硬的頭骨。那么，如果將物體的質(zhì)量縮得更小，縮到一個(gè)質(zhì)子那么小，它以光速向我們襲來(lái)，又會(huì)對(duì)我們?cè)斐墒裁从绊懩兀?/p>

說(shuō)起是否能抓住質(zhì)子，也許你首先會(huì)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，這個(gè)質(zhì)子是以光速飛行的，我們?cè)趺纯赡茏プ∷兀?/p>

這么想就錯(cuò)了，要知道，質(zhì)子是微小且無(wú)處不在的粒子，空氣中、海水中甚至宇宙中，到處都存在著質(zhì)子。我們時(shí)時(shí)刻刻都在與質(zhì)子打交道，而這些質(zhì)子并不會(huì)拐彎，當(dāng)它們與人體相遇時(shí)，有的穿過(guò)了我們的身體，有的被身體阻隔在外。也就是說(shuō)，假如一個(gè)質(zhì)子向我們飛來(lái)，我們是一定能抓住它的，區(qū)別只是不同的身體部位“抓住”它，會(huì)產(chǎn)生不一樣的結(jié)果罷了。

在宇宙中，存在許多高能粒子，科學(xué)家們?yōu)榱伺袛嗨鼈儗?duì)人體的傷害，做過(guò)許多試驗(yàn)。他們得到這樣的結(jié)論，能量達(dá)到10MeV（兆電子伏特，粒子能量單位）量級(jí)的粒子能穿透皮膚軟組織，但不能穿透骨頭，超過(guò)150MeV的粒子可以穿過(guò)人的顱骨。那么，一個(gè)光速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)子，它的能量是多大呢？根據(jù)量能公式，我們算出來(lái)一個(gè)以光速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)子動(dòng)能大約是469MeV，這樣的話，這個(gè)質(zhì)子很容易就能穿透人體，只是速度略有減緩。

不過(guò)，人體并不是空心的結(jié)構(gòu)，其中存在著各種細(xì)胞和組織，就像水泥墻可以抵擋輻射一樣，當(dāng)質(zhì)子撞上人體細(xì)胞時(shí)，它的能量也會(huì)得到不同程度的衰減，甚至最終停下來(lái)。因此，這個(gè)質(zhì)子還是有可能被人體“抓住”的。

我們之所以害怕核武器，除了其本身巨大的爆炸能量外，后續(xù)的輻射傷害也是人們忌憚它的原因，而所謂的輻射，其實(shí)就是高能粒子撞擊人體細(xì)胞時(shí)對(duì)其造成的傷害。那么，這個(gè)質(zhì)子穿體而過(guò)或最終停留在人體內(nèi)，會(huì)造成什么影響呢？

這個(gè)質(zhì)子撞上人體后，必然會(huì)和體內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)分子相撞。撞擊發(fā)生后，與核裂變反應(yīng)相似，這個(gè)質(zhì)子會(huì)破壞分子的化學(xué)鍵，說(shuō)不定還會(huì)將其中的質(zhì)子或中子給撞出來(lái)。這樣一來(lái)，這些被撞的分子就喪失了它們?cè)镜墓δ?。好在，我們的身體中有成千上萬(wàn)的能實(shí)現(xiàn)相同功能的有機(jī)物分子，一些分子喪失功能對(duì)人體的影響不大。

但是，如果是核酸分子被撞，就有些影響了，因?yàn)檫@意味著基因突變，而基因變化不止影響單一細(xì)胞，也許會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，影響一系列生理過(guò)程，甚至還會(huì)遺傳到后代身上。不過(guò)，基因突變也沒有那么可怕，因?yàn)檎Ｇ闆r下，人體細(xì)胞的基因也會(huì)因?yàn)閺?fù)制或剪切出錯(cuò)而不斷發(fā)生突變。而細(xì)胞中存在著一套修復(fù)機(jī)制，能讓這些突變忽略不計(jì)，使其不至于影響機(jī)體的正常功能。實(shí)在修復(fù)不了，細(xì)胞還會(huì)啟動(dòng)凋亡程序，使出錯(cuò)的細(xì)胞自殺，從而保證了整體的穩(wěn)定。

如果這個(gè)質(zhì)子沒能穿體而過(guò)，而是停留在人體內(nèi)，其影響很可能比穿體而過(guò)更大一些。根據(jù)物理定律，當(dāng)一個(gè)高速物體撞上靜止物體時(shí)，如果兩者質(zhì)量相近，其中的高速物體的能量會(huì)減半，但不會(huì)完全停止。也就是說(shuō)，這個(gè)質(zhì)子會(huì)在體內(nèi)造成一起“連鎖車禍”，給不同的分子造成不同程度的破壞，減少它們的壽命，導(dǎo)致身體的各個(gè)部位出現(xiàn)損傷。

被質(zhì)子爆頭后，阿納托利·布格斯基的左臉完全癱瘓了

不過(guò)，說(shuō)了這么多，如果真的被一個(gè)高速質(zhì)子穿過(guò)身體，究竟會(huì)造成什么影響呢？歷史上還真的有一個(gè)倒霉的人被質(zhì)子穿腦而過(guò)。

這個(gè)倒霉的人叫阿納托利·布格斯基，他是蘇聯(lián)的一位助理研究員，負(fù)責(zé)維護(hù)粒子加速器U-70。U-70是蘇聯(lián)最大的粒子加速器，一次會(huì)發(fā)射大約三千串質(zhì)子流，每串質(zhì)子流約有一千億個(gè)質(zhì)子，能量高達(dá)7.6萬(wàn)MeV。我們已經(jīng)知道，數(shù)百M(fèi)eV的質(zhì)子會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定的影響，甚至?xí)⑺涝S多細(xì)胞。因此，可以確定，這些質(zhì)子流對(duì)人體是非常危險(xiǎn)的。

布格斯基在操作粒子加速器時(shí)保持著很強(qiáng)的安全意識(shí)，但意外的發(fā)生總是讓人猝不及防。1978年7月的一天，布格斯基正在檢修粒子加速器，他把頭伸進(jìn)了加速器里檢查一個(gè)出了問(wèn)題的部件，結(jié)果腦袋卡在里面。不料，此時(shí)一個(gè)安全裝置突然失靈，機(jī)器中發(fā)射出一束質(zhì)子流，質(zhì)子流很快被加速到近光速，不偏不倚地向他的頭部射去！

布格斯基當(dāng)然反應(yīng)不及，質(zhì)子流穿過(guò)了他的頭部。布格斯基認(rèn)為他必死無(wú)疑，因此他平靜地完成了“最后”的工作，記錄下他對(duì)加速器的檢測(cè)結(jié)果，然后等待死亡的降臨。第二天，布格斯基的左臉腫脹到無(wú)法辨認(rèn)的地步，他被立即送往醫(yī)院，但是醫(yī)生對(duì)此也束手無(wú)策，不知道能采取什么措施幫助他。高能質(zhì)子燒毀了布格斯基左邊臉頰的骨頭，還損害了其中部分腦組織，他的左臉幾乎完全癱瘓了。過(guò)了幾天，布格斯基的臉部開始掉皮，看上去像腐爛的前兆?？墒蔷驮谒腥硕荚跍?zhǔn)備為他料理后事時(shí)，他的臉卻開始慢慢愈合了，又過(guò)了幾個(gè)星期，他居然可以出院了。

雖然醫(yī)生認(rèn)為他可能會(huì)隨時(shí)死去，但布格斯基直到現(xiàn)在還活著，已有70多歲高齡，只不過(guò)被各種后遺癥折磨著：他最終失去了左耳的聽力，并出現(xiàn)癲癇癥狀，左臉也完全癱瘓。值得敬佩的是，被擊穿頭部后，布格斯基的智力并沒有受到影響，在后遺癥的折磨下，他依舊憑借著自己的努力堅(jiān)持學(xué)習(xí)，最終拿下了博士學(xué)位。

看來(lái)，高速質(zhì)子雖然會(huì)給我們?cè)斐筛鞣N各樣的痛苦，但人體具有強(qiáng)大的自愈能力，在遭遇質(zhì)子“車禍”后，我們還是很可能存活下來(lái)的。當(dāng)然，還是祈禱我們一輩子都不要遭遇這樣的“車禍”為好。

我們的細(xì)胞時(shí)刻遭受著質(zhì)子的“轟炸”