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科学|如果风的速度接近光速,被刮到会是怎样?



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科学|如果风的速度接近光速,被刮到会是怎样?
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被刮到 , 铁定是死了 。不过为了让人死得明白 , 咱们得说下“接近光速的风”是啥概念 。先放结论:
当风的速度是光速的 0.999999991 倍时 , 那这阵风中的质子的能量 , 与 LHC 加速所产生的质子束相当 , 也就是 7 TeV 。
其密度 , 大概是 LHC 质子束的 10 的三次方以上 , 也就是至少千倍于 LHC 对撞点位置的束流密度 。
被刮到会死 , 但走得很安详 , 安详到连渣都不剩 。
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基于北京正负电子对撞机 , 所开发的高能阳电子枪
提到接近光速 , 那就不得不提欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC) 。其中的质子束 , 有着人类目前加速粒子达到的最大速度 , 也就是光速的 99.9999991% 。然而 , 只有速度是不够的 , 为了对撞实验 , 必须尽可能地将质子束聚拢 , 增加其对撞时的密度 。只有这样 , 才能确保有足够的质子发生碰撞 , 产生人们感兴趣的新现象 。所以 , 在所有的对撞实验中 , 包括 LHC , 有着各类聚焦磁铁 , 将带电粒子聚集 , 压缩束团的体积 。下图就是 LHC 的两束质子束流 , 在碰撞点附近的尺寸变化 。最终 , 束流的直径会被压缩到 64 微米 , 大概是一根头发的直径 。
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LHC 中 , 质子束流的在碰撞点(ATLAS 探测器中心)位置的尺寸变化
LHC 每 25 纳秒进行一次对撞 , 其中每个束流有 10 的 11 次方量级的质子 。听起来是不是很致密的感觉?然而 , 空气的摩尔体积是 22.4 升每摩尔 , 一摩尔有 6.02 乘 10 的 23 次方 。换算一下 , 就是每立方微米有 2.7 乘 10 的 7 次方个气体分子 。如果将束流的体积 , 近似看作是 64 微米边长的立方体 , 那以空气的密度 , 在这个立方体中就会有 7 乘 10 的 12 次方个气体分子 。而空气的平均分子量是 28.8 , 所以还要再乘上这个数值 。最终可以得出 , 同样体积下 , 空气有 10 的 14 次方量级的核子 , 且更“可喜”的是 , 风是持续的 。
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1000 个 7TeV 质子 , 在 25 米深水柱中的能量沉积(在束流平面上的投影)
接下来 , 咱们就从 LHC 的 7TeV 质子 , 来聊下这阵风的能量有多可怕 。上图是我去年在 Geant4 模拟中 , 得到的 7TeV 质子在水中的能量沉积 。可以看到 , 7TeV 的质子并不能有效穿透 25 米深的水 。且在最初的 30 公分内 , 其所沉积的能量 , 约占总能量的 0.03% , 也就是留下 GeV 级别的能量 。也就是说 , 如果 LHC 的一束质子 , 打在人身上 , 大概有 0.03% 的能量会留下 。
这么说可能有的知友还是没有概念 , 那我们换一种方式 。下面是对 LHC 质子束较为具象的表达[1]:Each beam contains 280 trillion protons with the combined energy of a high-speed train going 200 kilometers per hour, squeezed into a stream much thinner than a human hair. 每个束流有两千八百亿个质子 , 其动能相当于一辆时速 200 公里的高速列车 , 且被压缩到比人类的头发还要细小的尺寸 。
【科学|如果风的速度接近光速,被刮到会是怎样?】也就是说 , 三千多个 LHC 质子束 , 可以在头发丝截面大小的面积上 , 留下 200 公里高速列车的动能 。巧了 , 我们的接近光速的风 , 其密度刚好就是千倍于 LHC 质子束 。假设被这阵风吹拂了一秒钟 , 那相当于 , 你的一个毛囊 , 持续抵挡住时速 200 公里高速列车的四万六千八百四十二亿次撞击 。而且 , 不幸的是 , 你全身都是这样的毛囊 。分页标题
这种瞬间挫骨扬灰的死法 , 可比琦玉老师的认真一拳 , 还要来得猝不及防 。
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    来源:(科技生活圈修士)

    【】网址:/a/2020/0817/1597617083.html

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