03.02 光速这么快,为什么撞到人身上不会受伤?

水图


光子有动量,光子的动量等于普朗克常量除以波长。因为普朗克常量很小,数量级只有十的负34次方,故一般情况下光子的动量很难被人体察觉到。所以接受太阳光的照射时,只要太阳光不是多么强烈,一般不必担心自己会被晒伤。

从光子动量的表达式P=h/λ中可以看到,光的波长越短(频率越高),光子的动量就越大,动量达到一定程度就有可能对人体造成伤害。如高频的X射线或γ射线,单个光子的能量可以打断DNA链或者改变DNA分子的结构,有可能导致恶性肿瘤、基因突变。皮肤癌的发生大多与太阳光的照射有关。防太阳辐射主要防的就是频率较高的紫外线、X射线、γ射线等。

大量的光子集中作用在一起也能表现出宏观效果。用太阳灶烧水、做饭就是用到了光子的能量,想一想如果人不小心将手放到了太阳灶的聚光点附近,手会很容易烧伤。

如果将更多的光子照射到物体上,还能够表现出明显的光压,就好像是光在推物体一样。彗星的尾巴之所以永远背着太阳,就是因为从太阳上吹来的很多光子、粒子把彗星的尾巴吹到了一边。借助太阳风,科学家设计制造出了光帆飞船,在飞往地外行星的过程中,用太阳向外辐射的粒子推动着飞船在几乎真空的太空中加速。

霍金甚至还基于光帆飞船设计了一个雄心勃勃的计划,计划用大功率的激光将光帆飞船加速到光速的五分之一去探索4光年之外的半人马座α星。这需要惊人的能量,这个能量若是作用在人身上,人是绝对承受不了。


刁博


光速高达30万千米每秒,是世界上最快的速度。如此高速,撞击在身体竟然一点反应都没有,这是为何呢?



答案其实很简单,因为光子太小,静质量又严格为0,所以一个光子的能量hv(h为普朗克)极小。根据可见光的波长可知,我们日常可见当然光能量在5.2*10^-19J到2.8*10^-19J之间,这么小的能量,撞击在我们身上基本上可以忽略不计。



当然了,有人说光电效应不就是说光子虽小,可也有光压吗?甚至说可以激发金属片上的电子!那么到了人体为啥就不行了?难道不能够对细胞产生任何影响吗?



这个疑问我想大多数人都有。是的,光子能量虽小,但是对于一些能级较高的电子来说,其能量还是挺大的。有时候甚至可以使电子产生跃迁,导致分子断键或者产生自由基。比如紫外线,由于波长短、单个光子能量大,所以很容易导致细胞内自由基产生,进而导致细胞受损死亡。再比如近红外光,虽然单个光子能量不大,但是却容易被身体的组织吸收产生热效应。而我们冬天的电暖扇发出的光就是红光,所以我们感觉暖暖的。不过,这些效应的产生都是无数多个光子聚集在一起产生的整体效应,而非单个光子就可以产生这种效应。因为光子的能量、个头是在太小了,即便真的“咬”你一口,你也不会感觉到“痛”。



另一方面,我们身体自身的反应机制也决定了我们对光子的响应。我们是由细胞组成的,也是靠细胞接受刺激信号进而产生感觉。所以,要想让身体产生感觉,刺激的幅度至少是细胞级别的。小于细胞级别的刺激神经细胞根本响应不了,身体当然也感觉不到刺激。光子相对于细胞,不论是体积还是能量,都不在一个数量级。所以单个光子撞击到我们身体,几乎相当于什么都没有。



不过,如果是比紫外波长还短的光子撞击到我们,虽然我们感觉不到疼痛,但是我们身体内部的一些生物分子其实已经遭到破坏。当然了,稍许的破坏影响不大,如果长时间接触这种短波长光,那么很可能造成基因突变,进而可能诱发癌变。比如我们做胸透,虽然什么都感觉不到,但其实这些射线(光的一种)能量极高,很容易造成细胞内生物分子的破坏,所以一般都建议半年只做一次胸透。而我们的伟大科学家居里夫人,就是死于放射性致癌。


科学探秘频道


光速是宇宙中物质与信息的最高速度,但就是这样「最高的速度」,打在人体上,也几乎没有感觉。

这是因为光子的动量非常低。所谓动量,在普通物质上,就是速度乘质量,比如1kg的物体,速度是1m/s,那么动量就是1kg m/s。光子质量为零,但仍然有动量。

光的动量是P = h / lambda,lambda就是光的波长,而h是普朗克常量。

波长越短的光,颜色越偏向紫色,更短则是紫外线、乃至伽马射线。而它们的能量也随着波长的缩短而增加。

从前面的公式可以看到,波长越短的光,动量也越大。

而根据牛顿定律,力是动量的变化率(这是严格的定义,中学课本中的F=ma是简化情形)。比如如果在一秒钟内,动量变化了1kg m/s,那这个物体就收了1N的力。所以我们如果知道单位之间内,有多少光子打到人的表面,并假设这些光子的动量都消失了,那就可以计算人所受到的光压。

这个力非常之小,100瓦的光照到身上,也只会有5.3x10^-8N的力,人体根本感觉不到。不过这个力仍然可以用来推动航天器,比如「光帆」,就是利用光压来作为动力。


章彦博


光子有能量就有运动质量,速度又奇快,似乎自带一万点伤害。不过谁在太阳下撑伞的时候,感觉伞变重了?实际上光子的动量太小,小到连原子都撞不动,人是不可能感觉到疼的。

这个问题完全可以用数据说话,计算光子导弹的具体威力。可见光波长在770-390纳米之间,取能量大的390纳米。光子的动量

p=h/λ=6.626×10∧-34/(390×10∧-9)

=1.7×10∧-27N*m。

最小的氢原子质量1.66×10∧-27kg,被光子撞击后速度可以增加

1.7×10∧-27/(1.66×10∧-27)≈1m/s。

1m/s是个不大不小可以不用科学计数法的数字,如果原子能反弹光子那就是2m/s,可是和动辄几百米每秒的分子热运动相比还是太小了。光子的撞击还没有分子热运动撞得疼。



虽然还有动量更大的不可见光,但是光子动量增加几倍也无妨,何况计算假设光子正好和原子方向相同,如果迎面撞上还要给原子减速。

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飞鱼科普


这个问题很有趣!

光子的速度是巨大的,为何穿过我们身体没有伤害我们呢?

我的理解是如下:

1,光子非常小,小到我们的身体组织对它完全没有阻碍!

2,光子是宇宙正能量,我们的身体构成也是属于正能量构成的!我们的身体还有对于暗物质的容纳性!就是一个小宇宙!

3,光子有瞬间寂灭性!就是它有多快的速度,寂灭的速度就有多快!正是如此,所以宇宙中光子显现的比例很小!光子接触我们身体的一瞬间,由于身体组织的阻碍,它瞬间寂灭了!能量留给了我们身体!卸去能量的光子瞬间转化为暗物质,瞬间进入二次元空间去了!

即使留下伤痕也是我们的身体能够瞬间修复的!何况光子给我们的身体成长带来所需要要的能量!不仅不破坏我们的身体,还对我们的身体有好处!

4,虽然得益于我们身体组织的亲光性!但是当光能聚焦到我们身体承受不了的时候,我们的身体也会受到伤害!就如同我们的身体中百分之七十是水,但是增加比例到百分之九十,同时不排除多余的水,我们会被胀死!

当你夏天在烈日炎炎下暴晒一天,你的皮肤就会红肿,灼疼,以至于脱皮!

过分了就有了伤害!

5,身体组织对于光子的亲和力是在白天!夜晚如果是强光照射你,你就麻烦了。睡不着,失眠!连续几天你的身体就会生病呢!因为夜晚属于阴!身体需要暗物质滋润!你非要亮如白昼,那是孤阴不长啊!

基本上就是上面几个道理!您可明白了?


玄天护道尊者


光是以电磁辐射形式传播,也可以说光是电磁波,又可分为可见光和不可见光,它们是由辐射的波长范围决定,不可见光有伽㐷射线、Ⅹ射线、紫外线和红外线等。人肉眼可见光的波长在400nm到760nm之间。在真空中,光速约为30万公里/秒,这种速度算是极快的。

人类和其它生物每时每刻都受到电磁辐射,只是受到的辐射量不同,像伽㐷射线可以遂穿人体内原子,以低概率作用于原子核或电子,对人体有一定的影响。人类日常生活中能感觉到的是可见光,如阳光、灯光和火光等都属于可见光。只要温和的光照在身上,就感觉不出痛来。温和的光出现需要一定的条件,主要与光线的密度、离光源的距离大小及光传播中的媒介质影响有关,如太阳光被云层吸收能量后,照在我们的身上没有灼痛感,通过聚光镜作用,把原本温度不高的阳光聚焦到身上后皮肤感到灼痛,这与光线的密度有关。看来要界定光射在身上有无痛感有很多因素,不可一概而论,不可见光作用于人体时也有类似情况。

既使一个光子对体内原子中的电子产生了作用力,也无法在大脑生产生撞击力的感觉。因为这是由人的生理决定的,一个光子与组织感受器细胞内原子之间相互作用产生的能量,不会引起化学反应,更不会产生神经电生理,人的感知又是建立在电化学基础上的,所以不会产生光撞击力的感觉。

至于光照在身上出现的痛感问题,关键要从生理反应角度去了解。任何痛觉的产生,都是在神经传导电信号作用下实现的,最终由大脑来作出判断痛的程度。产生动作电位电信号,又必须给组织感受器细胞带来一定能量的刺激,即通过光辐射的能量作用,促使感受器细胞内相关分子进行一系例的化学反应,再通过离子和某些物质的跨膜活动来影响动作电位产生,这一过程涉及到光能转化为电能,也涉及到量子化学。说明光作用于人身产生痛觉与多少光线携带多少能量刺激感受器细胞有关,而与光的速度无关,这就要从生理、物理和化学等方面去综合性考虑。


启迪揭梦


打在人身上必须有动量,动量等于物体质量乘于速度,p=mv,根据狭义相对论,只有静质量为零的粒子其运动速度才能达到光速(真空中),光子的速度为光速,所以其静质量只能为零,否则违反狭义相对论。所以光子的质量就为0,带入公式p=mv,得出的结果是光子的动量就等于零。所以光子打在人身上就没有什么影响。

从另外一个角度考虑,光具有波粒二向性,通过双缝干涉试验可以说明光是一分一分的粒子,但同事发现光是一种波。假如是波就完全没有计量每一个光子动量的前提,因为它不是粒子,无法计量。


雄猫Tomcat


光速力量如此强大,为何人体被光线穿过却毫无感觉?

首先要纠正一个观点,人体无法被一般的光线穿过!无论如何体质的人体都会挡住大约冲太赫兹电磁波以上到X光波段一下这波段内的所有光子!在这个波段的光子“击打”在人身上时,所有的光子能量将会传递给人体!

暴晒之后脱皮就是皮肤已经被光子的能量所损伤,老化无法修复直至死亡而造成脱皮!当然这只是普通强度的可见光而已!只要光通量够大比如到达水星位置,与太阳的距离只有地球的1/3,那么光辐射将增加70倍左右,很显然人体正面朝向太阳时截面积约0.2-0.3平方米,那么将要承受36KW的功率,请问这个人能吃得消不!

因此对于没有静止质量的光子来说,杀死人的不是速度,而是能量!而频率越高则能量也越高,紫外线以及极紫外都对人体有害,而更高的X射线与γ射线则能量极大,穿透力也极强,对人体危害非常大!

我们要防的γ射线只有厚厚的混凝土才能屏蔽,可以想象下,如果两颗中子星合并,γ射线流朝着地球防线而距离又在数十光年内的话,地球生命可能就危在旦夕了!毕竟没有任何预警即直接暴露在γ射线之下!

有理论认为地质史上的5次生命大灭绝,至少有一次是太阳系附近的超新星爆发或者中子星合并引发的γ射线暴所致,当然从现在的角度来说可能比较难考证,但高能射线轰击氮、氧等元素会产生“铍-7”和“铍-10”,不过很可惜,即使是“铍-10”的半衰期也就150万年,对于地质史上动辄亿年的时间跨度,似乎很难作为考证的理由!

当然我们也不必如此纠结,但我们所有了解的是,光子撞击在人身上是会有感觉的,而这个感觉需要累积足够的光子能量,最直观的就是我们视物,而感觉则是逐渐温暖、直至发热,甚至发烫,这是组成皮肤的原子核外层电子跃迁的必然结果,而人体感觉却很简单,暖和了!或者冒汗了,在这中暑脱水了........就是光速的光子给予我们的感觉!


星辰大海路上的种花家


有感觉的,我们不是感觉到光和热了吗?这就是感觉啊。

当然,除了光和热,我们还可以感受的到光压的存在,为什么没有真切的感受到这种光力,是因为光的动量太小太小。

有人问,光子没有质量,哪来的动量,光子是没有质量,不过是没有静止质量,是因为光子无法静下来让你测量,光子始终都在运动,所以它有动质量,也就是相对论质量。所以m(相对论质量)=E/c^2=hf/c^2=h/cL。其中L是光波长,F是光频率,h是普朗克常数。

(图为青少年在科技馆中感受“光压”)

光压是照射到物体上对物体产生的压强,也就是辐射压,由于人的表面积很小,加上照射到人的身体上的光产生的辐射压也很小,因此我们感受不到,但精密的仪器是可以测量的到的。

未来可能出现的光帆就是依据这个原理,然后畅游在太阳系中,抵达太阳系内任何一颗行星,这是有可能的。

个人浅见,欢迎评论!

本回答由一枚游戏科幻迷原创,感谢点赞关注,我们一起科幻想象、畅游宇宙!予人玫瑰,手有余香!


科学船坞


因为,从人一开始离开母体的时候第一次被光打到身上是有感觉的,于是就会哇哇大哭!从那以后人身上自己也有光子、热量、电磁波等往外面辐射,人活着的时候外面的光打在身上之前也被我们从第一天起反射出来的各种波所抵消。当两个人的身体贴在一起的时候,贴着的地方就会产生的辐射会形成热量,刺激神经产生愉快的感觉。通常男人和女人的波比较匹配,但是有时候频道调得不一样,同性就产生频率匹配了,有时候双性都匹配。有时候你坐在传播光的方向让光亮通过你的脸部去射你的女伴,她通常会任你摆布,但是如果你的女伴占住了高光位置射你,你就处于被动,这在医学上叫做抢占C位。当然你反射的光是有限量的,如果突然光更强你却跟以前一样的反射,你就很痛,但是如果你身上分泌了油脂使身体变透亮,就能反射更多的光出去对冲外面的光,这就是为什么黑人总是油亮油亮的。感觉光的力量这么小射不了多远,但是宇宙中充满了各种物质都可以反射或者传播光,假设有个长城有几亿公里,有很多烽火台每个烽火台都有一个人,你瞄着上一个人同时举火把而且误差几乎没有,光在这个长城传播的速度应该快过在真空中传播,这可以用小学数学精确计算出来


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