一根夸克级的细丝能将人类拦腰斩断吗?斩断后人类会受伤吗?

2020-11-24 14:41:21 钟铭聊科学

《三体》是著名的科幻小说作家刘慈欣的一部代表作,获得了雨果奖,受到了全世界科幻迷的喜爱。在这部作品中,刘慈欣就写到了一个“古筝行动”。这个“古筝行动”是要截杀一个《三体》小说中的反派,这个反派叫做伊文斯。

当时截杀伊文斯的行动小组在巴拿马运河两边立了两个柱子,然后在这两个柱子上绑上了许多细丝,细丝之间是平行的。然后,他们等待着反派的船穿过这些细丝。

果然,当反派的船穿过细丝之后,船体就被切割成了多段。这个反派伊文思也因此而丧生,他一共被切割成了三段。

而小说当中提到这种细丝是用纳米材料制成的,这里要注意的是“纳米材料”,而不是“纳米级材料”,这两者是有本质的区别的。纳米材料指的是以纳米尺寸(1-100纳米)为基础单位制成的材料,这种材料大约相当于10~1000个原子被紧密地排列在一起。也就是说,纳米材料并不是尺度是纳米级别的材料。至于纳米级材料是没有这种说法,很多人常认为纳米级材料就是指只有几纳米尺度的材料。

也就是说,把伊文斯切成极端的细丝并不是几纳米,而是要远比几纳米大,在小说中也有提到过细丝的尺度,说是粗细大概是相当于头发丝的十分之一。而头发丝的粗细大概是0.04~0.05毫米,相当于40000~50000纳米。也就是说,细丝的粗细大概是4000~5000纳米。

之所以这里使用到“纳米材料”,是因为纳米材料有很多一般材料不具备的优秀特性。小说这里说到的“纳米材料”做成的细丝的具备特点就是极其锋利,因此可以用来作为切割。也就是说,小说里提到的细丝并不是因为它细才锋利,而是因为它是纳米材料做的才锋利。那问题来了,是不是越细就会越锋利?那是不是达到夸克级的细丝就可以足够锋利?

答案显然不是这样。日常生活中的经验告诉我们,往往很多很细的细丝都很脆弱,比如:我们的头发虽然很细的,但并不锋利。所以,锋利这件事情和粗细并不是因果关系。因此,即便是我们做出夸克级的细丝,也未必会很锋利。更不要说,夸克级的细丝是无法制作出来的。为什么这么说呢?

我们要知道,宇宙中存在着四大作用力,它们分别是强相互作用,弱相互作用,引力相互作用,以及电磁相互作用。在我们日常生活中所接触的作用力除了引力之外,剩余的都是电磁相互作用。强相互作用和弱相互作用都在原子核级别的尺寸,作用范围很小。

作用力类似于万物的粘合剂,正是因为它们的存在才把构成万物的各种基本粒子粘合在一起构成物质。夸克,电子都属于基本粒子。也就是说,如果没有相互作用,单独的一个夸克是无法和另外一个夸克结合在一起的。而能够把夸克栓到一起的是强相互作用,比如:质子当中就有三个夸克,是相互作用把三个夸克绑在一起的,起到传递强相互作用的是胶子。

那你可能要说,夸克级的细丝可以依靠强相互作用来制作。可问题是,强相互作用是有范围的,它的范围大概是10^-15米。也就是说,如果非要制作夸克尺寸粗细的细丝,在不考虑技术问题的情况下,仅从理论上看,这根细丝只能长10^-15米,这大概是个什么水平呢?

这其实大概就是原子核直径的大小,可能大多数人对此是没什么概念的。我们可以举个例子,如果原子比喻成一个足球场,那么原子核的尺寸大概就是一只蚂蚁的水平。因此,这根“细丝”其实称不上是细丝,对于我们而言只是一个“点”,而且是拿当今性能最好的显微镜都看不到的“点”。

如果这根“细丝”朝着人的脖子飞过来,别说切割人的脖子了,大概率是直接穿过去,极其小的概率是遇到原子核被弹回去。这相当于就是拿了一颗原子核朝着人扔过来的效果。著名的物理学家卢瑟福就做过类似的实验,这个实验叫做α粒子散射实验,就是用氦原子核轰击金箔,结果大多数穿过去,极少数回弹或者偏折。这里的“氦原子核”的尺度就还要略大于夸克级的细丝。

假设我们不考虑强相互作用的范围,忽略任何技术难度,就假设能做出夸克粗细的细丝,然后那它切割人的脖子,那会切断吗?

实际上也不会,因为就像上文提到的那个“比喻”,原子核的大小相对于整个原子而言都是小到忽略不计的,而夸克可是要比原子核还要小得多。也就是说,当一个夸克粗细的细丝朝着人的脖子飞来时,大概率这个“细丝”会直接穿过去,小概率会可能切割不下去,因为它实在是有点太轻了,有极其小的概率会遇到原子核,然后就割不下去了

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