Что произойдёт, если атом, летящий почти со скоростью света, столкнётся с человеком?

23k full reads
46k story viewsUnique page visitors
23k read the story to the endThat's 50% of the total page views
2 minutes — average reading time

На самом деле это случается каждые 0.1 секунды. Но не всё так просто, необходимо разобраться, что представляют из себя такие атомы, откуда они берутся, какой энергией обладают и как влияют на человека.

В действительности скорость света для атомов недостижима.

Атом водорода, движущийся со скоростью, близкой к скорости света, через земную атмосферу теряет свой электрон. Также будет и при столкновении с человеком, атом водорода станет обычным протоном, формой положительного иона.

Иллюстрация: Nasa/Public Domain
Иллюстрация: Nasa/Public Domain
Иллюстрация: Nasa/Public Domain

Из физики известно, что частицы на подобных скоростях достигают так называемой минимальной ионизации. Это значит, что по мере приближения их скорости к скорости света, вероятный наносимый ущерб клеткам от них становится всё меньше и меньше.

Причина в том, что быстрые частицы не задерживаются долго на одном месте, поэтому их воздействие на близлежащие электроны (что может вызывать ионизацию) кратковременно.

Протоны, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, попадают в нашу атмосферу ежесекундно

Их вероятным источником являются далекие взрывы сверхновых.

Обычно они сталкиваются с другими атомами, по пути к поверхности планеты, образуя вторичные частицы, пионы, электроны, мюоны. Мюоны весят примерно 15% от веса протона, и именно они чаще всего взаимодействуют с человеком.

Существует даже эмпирическое правило, согласно которому один мюон проходит через руку человека каждую секунду. Мюоны часто используют для калибровки детекторов частиц (сцинтилляционных детекторов и искровых камер).

Иллюстрация: flikr.com/NASA Goddard Space Flight Center/CC BY 2.0 /  Кассиопея А
Иллюстрация: flikr.com/NASA Goddard Space Flight Center/CC BY 2.0 / Кассиопея А
Иллюстрация: flikr.com/NASA Goddard Space Flight Center/CC BY 2.0 / Кассиопея А

Рассмотрим вопрос с точки зрения энергии частиц

Протон или ядро атома водорода без электрона, движущийся со скоростью, например, в 99.9 % от скорости света имеет общую энергию порядка 210 ГэВ (гигаэлектронвольт), что примерно в 220 превышает внутреннюю энергию атома водорода в состоянии покоя.

Это большое количество энергии по меркам ускорителей частиц (пусть и довольно скромное в сравнении с энергией 13 000 ГэВ в большом адронном коллайдере), но с точки зрения повседневного опыта это всего лишь 34 миллиардных джоуля. Совсем крошечное, незаметное количество энергии.

Поэтому для человека, даже если атом будет обладать энергией, большей в тысячу раз, такое взаимодействие проходит незамеченным.

Но в 1978 году русский физик Анатолий Бугорский получил удар не одним протоном, а миллионами, с энергией 70 ГэВ. Его голова оказалась не в том месте и не в то время. В результате он получил ряд повреждений и сверхвысокую дозу радиации.

Иллюстрация: pxhere.com/Public Domain
Иллюстрация: pxhere.com/Public Domain
Иллюстрация: pxhere.com/Public Domain

Однако, несмотря на произошедшее, Бугорский успешно продолжил научную деятельность.

Иногда протон, проходящий через человека сталкивается с атомными ядрами, расщепляя их и производя вторичные частицы. Но радиационный ущерб от этого гораздо меньше, чем от естественного радиоактивного распада калия-40 и углерода-14. И даже те незначительны.

При столкновении с живыми клетками возможно возникновение свободных радикалов, вызывающих незапланированные реакции. Вероятна денатурация некоторых белков, но их переработает организм.

Также это может привести к ошибкам репликации некоторых ДНК. Большинство ошибок придутся на мусорную ДНК, которая не кодирует последовательность белков. Если же возникнет серьёзная проблема, вмешается организм.

Единичные случаи столкновения с очень быстрыми атомами не несут опасности, но постоянное воздействие большого потока таких частиц может привести к большим неприятностям.
Обязательно подписывайтесь, Вам также понравится:
5 удивительных фактов о Вселенной
"Нога слона" самый опасный радиоактивный отход в мире
Почему самая низкая возможная температура -273.15 °C, а самая высокая 141.785 нониллионов °C?
Что произойдёт, если на Земле возникнет звук громкостью в 1100 децибел?