如果一颗粒子以99.99%光速打进你的身体，会发生什么？
想象一下，你正站在宇宙飞船的观察窗前，欣赏着壮丽的星云。突然，一道肉眼几乎无法察觉的极细微的光点，正以近乎光速的速度向你飞来。它不是普通的子弹，也不是什么激光束，而是一颗单独的粒子，比如一个质子，但速度是匪夷所思的——99.99%的光速。
这可不是科幻电影里的特效，而是一场真实得令人胆寒的物理事件。当这颗粒子以如此恐怖的速度撞击你的身体时，我们得从几个层面来分析会发生什么。
首先，能量。 质量为m的粒子，以接近光速v运动时，其动能是巨大的。这里涉及到相对论的动能公式： $E = (gamma 1)mc^2$，其中 $gamma = 1 / sqrt{1 (v/c)^2}$ 是洛伦兹因子。当v非常接近c时，$gamma$ 会变得非常非常大。
对于99.99%光速，也就是 $v = 0.9999c$。我们可以粗略计算一下 $gamma$：
$v/c = 0.9999$
$(v/c)^2 = 0.9999^2 approx 0.9998$
$1 (v/c)^2 approx 1 0.9998 = 0.0002$
$sqrt{1 (v/c)^2} approx sqrt{0.0002} approx 0.01414$
$gamma approx 1 / 0.01414 approx 70.7$
这意味着，这颗粒子的能量大约是它静止质量能量的70.7倍。如果这颗粒子是一个质子，它的静止质量能量大约是 $938 , ext{MeV}$（百万电子伏特）。那么它的动能大约就是 $70.7 imes 938 , ext{MeV} approx 66300 , ext{MeV}$。
为了有个概念，一个高能粒子加速器能将质子加速到数千GeV（千兆电子伏特），但这通常是成束的粒子。而我们谈论的是一颗粒子。即使是一颗质子，66.3 GeV的能量也已经非常可观了。
那么，这巨大的能量是如何释放的呢？
当这颗高速粒子穿过你的身体时，它会与你身体中的原子核和电子发生一系列剧烈的相互作用。
1. 电磁相互作用： 粒子（如果是带电荷的，比如质子）会与你身体中的原子中的电子和原子核发生库仑斥力或吸引力。由于速度极快，这些相互作用会在极短的时间内完成。它会像一把无形的、具有恐怖穿透力的“激光”一样，撕裂你身体中的分子键，电离原子，将你体内的原子“打散”。
2. 核力相互作用： 如果粒子的能量足够高，它甚至可能与你身体中的原子核发生碰撞。在这种情况下，它可以引发核反应，例如核裂变或核聚变（尽管在这种情况下更可能是核裂变或粒子轰击导致核破裂）。这意味着，你的原子核可能会被击碎，释放出更多的粒子和辐射。
3. 次级粒子的产生： 如此高能量的粒子撞击，会在瞬间产生大量的次级粒子。这些次级粒子包括：
介子和轻子： 比如 π 介子、μ 子、电子、正电子等。
光子： 大量的伽马射线。
核碎片： 如果原子核被击碎，还会产生质子、中子等。
想象一下撞击的过程：
这颗粒子不会像子弹那样留下一个弹孔。它更像是在你的身体中“燃烧”了一条极其狭窄的通道。
瞬间蒸发与电离： 当粒子穿过你的细胞时，它会在接触到的极小区域内瞬间将分子和原子撕裂，将构成你身体的原子剥离电子，变成高度电离的等离子体。这是一个极其短暂但剧烈的过程。
能量扩散与辐射： 粒子携带的绝大部分能量会在极短的距离内传递出去，转化为热能、电磁辐射（X射线、伽马射线）以及大量的次级粒子。在你身体的那个“通道”里，会瞬间形成一个迷你但极其炽热的火球。
级联效应： 产生的次级粒子，特别是能量极高的伽马射线和带电粒子，会继续与周围的物质相互作用，引发更多的电离和次级粒子的产生，形成一个“级联效应”。这个级联效应会向外扩散，但由于粒子非常细小，其扩散范围可能比你想象的要小，但其破坏力集中且毁灭性强。
对你身体的影响：
1. 瞬间摧毁： 粒子直接撞击的路径上的所有组织——从皮肤、肌肉、骨骼到你身体内的所有器官，会在纳秒甚至皮秒级的时间内被彻底摧毁、蒸发和电离。这不仅仅是“穿透”，而是物质本身的解体。
2. 局部的高温高压： 在撞击点附近，会瞬间产生极高的温度和压力，类似于核爆的中心区域，只不过尺度非常非常小。
3. 全身性的破坏： 尽管粒子本身非常小，但它所携带的能量巨大。能量的扩散，特别是高能辐射和次级粒子的产生，会对你身体的其他部位造成严重的辐射损伤。即使是粒子没有直接“经过”的区域，也会受到强烈的电离辐射影响，导致DNA断裂、细胞死亡。
4. 死亡是绝对且瞬间的： 即使粒子不是直接穿过你的大脑或心脏，如此巨大的能量释放，加上瞬间产生的高能辐射和次级粒子，会以一种你无法想象的方式瓦解你的身体。你不会感到疼痛，因为你的神经系统也会被瞬间摧毁。死亡是绝对的，而且发生的速度比你眨眼的速度还要快得多。
总结来说， 当一颗以99.99%光速运动的质子打进你的身体时，它会在你体内制造一个极小但能量密度极高的“核爆”。它会瞬间摧毁路径上的所有物质，将其变成等离子体，并释放出大量高能辐射和次级粒子，引发全身性的毁灭性损伤。你会在物理意义上“消失”，或者说，构成你的物质会被极其迅速且彻底地分解和重组，大部分会转化为能量和各种基本粒子。这是一个纯粹的物理过程，其结果是彻底的、即时的毁灭。
这可不是科幻电影里的特效，而是一场真实得令人胆寒的物理事件。当这颗粒子以如此恐怖的速度撞击你的身体时，我们得从几个层面来分析会发生什么。
首先，能量。 质量为m的粒子，以接近光速v运动时，其动能是巨大的。这里涉及到相对论的动能公式： $E = (gamma 1)mc^2$，其中 $gamma = 1 / sqrt{1 (v/c)^2}$ 是洛伦兹因子。当v非常接近c时，$gamma$ 会变得非常非常大。
对于99.99%光速，也就是 $v = 0.9999c$。我们可以粗略计算一下 $gamma$：
$v/c = 0.9999$
$(v/c)^2 = 0.9999^2 approx 0.9998$
$1 (v/c)^2 approx 1 0.9998 = 0.0002$
$sqrt{1 (v/c)^2} approx sqrt{0.0002} approx 0.01414$
$gamma approx 1 / 0.01414 approx 70.7$
这意味着，这颗粒子的能量大约是它静止质量能量的70.7倍。如果这颗粒子是一个质子，它的静止质量能量大约是 $938 , ext{MeV}$（百万电子伏特）。那么它的动能大约就是 $70.7 imes 938 , ext{MeV} approx 66300 , ext{MeV}$。
为了有个概念，一个高能粒子加速器能将质子加速到数千GeV（千兆电子伏特），但这通常是成束的粒子。而我们谈论的是一颗粒子。即使是一颗质子，66.3 GeV的能量也已经非常可观了。
那么，这巨大的能量是如何释放的呢？
当这颗高速粒子穿过你的身体时，它会与你身体中的原子核和电子发生一系列剧烈的相互作用。
1. 电磁相互作用： 粒子（如果是带电荷的，比如质子）会与你身体中的原子中的电子和原子核发生库仑斥力或吸引力。由于速度极快，这些相互作用会在极短的时间内完成。它会像一把无形的、具有恐怖穿透力的“激光”一样，撕裂你身体中的分子键，电离原子，将你体内的原子“打散”。
2. 核力相互作用： 如果粒子的能量足够高，它甚至可能与你身体中的原子核发生碰撞。在这种情况下，它可以引发核反应，例如核裂变或核聚变（尽管在这种情况下更可能是核裂变或粒子轰击导致核破裂）。这意味着，你的原子核可能会被击碎，释放出更多的粒子和辐射。
3. 次级粒子的产生： 如此高能量的粒子撞击，会在瞬间产生大量的次级粒子。这些次级粒子包括：
介子和轻子： 比如 π 介子、μ 子、电子、正电子等。
光子： 大量的伽马射线。
核碎片： 如果原子核被击碎，还会产生质子、中子等。
想象一下撞击的过程：
这颗粒子不会像子弹那样留下一个弹孔。它更像是在你的身体中“燃烧”了一条极其狭窄的通道。
瞬间蒸发与电离： 当粒子穿过你的细胞时，它会在接触到的极小区域内瞬间将分子和原子撕裂，将构成你身体的原子剥离电子，变成高度电离的等离子体。这是一个极其短暂但剧烈的过程。
能量扩散与辐射： 粒子携带的绝大部分能量会在极短的距离内传递出去，转化为热能、电磁辐射（X射线、伽马射线）以及大量的次级粒子。在你身体的那个“通道”里，会瞬间形成一个迷你但极其炽热的火球。
级联效应： 产生的次级粒子，特别是能量极高的伽马射线和带电粒子，会继续与周围的物质相互作用，引发更多的电离和次级粒子的产生，形成一个“级联效应”。这个级联效应会向外扩散，但由于粒子非常细小，其扩散范围可能比你想象的要小，但其破坏力集中且毁灭性强。
对你身体的影响：
1. 瞬间摧毁： 粒子直接撞击的路径上的所有组织——从皮肤、肌肉、骨骼到你身体内的所有器官，会在纳秒甚至皮秒级的时间内被彻底摧毁、蒸发和电离。这不仅仅是“穿透”，而是物质本身的解体。
2. 局部的高温高压： 在撞击点附近，会瞬间产生极高的温度和压力，类似于核爆的中心区域，只不过尺度非常非常小。
3. 全身性的破坏： 尽管粒子本身非常小，但它所携带的能量巨大。能量的扩散，特别是高能辐射和次级粒子的产生，会对你身体的其他部位造成严重的辐射损伤。即使是粒子没有直接“经过”的区域，也会受到强烈的电离辐射影响，导致DNA断裂、细胞死亡。
4. 死亡是绝对且瞬间的： 即使粒子不是直接穿过你的大脑或心脏，如此巨大的能量释放，加上瞬间产生的高能辐射和次级粒子，会以一种你无法想象的方式瓦解你的身体。你不会感到疼痛，因为你的神经系统也会被瞬间摧毁。死亡是绝对的，而且发生的速度比你眨眼的速度还要快得多。
总结来说， 当一颗以99.99%光速运动的质子打进你的身体时，它会在你体内制造一个极小但能量密度极高的“核爆”。它会瞬间摧毁路径上的所有物质，将其变成等离子体，并释放出大量高能辐射和次级粒子，引发全身性的毁灭性损伤。你会在物理意义上“消失”，或者说，构成你的物质会被极其迅速且彻底地分解和重组，大部分会转化为能量和各种基本粒子。这是一个纯粹的物理过程，其结果是彻底的、即时的毁灭。
网友意见
每一秒钟，都有大约4亿亿个来自太阳的中微子穿过你的身体[1]，而中微子的速度是
99.9999999999999999%光速以上（目前具体速度未知，但是确定了下限速度 ）[2]
你每天还不是照样活得好好的？
主要是因为，中微子基本不会发生相互作用。
7.5更新：讨论了一下辐射量。数据使用的是Physics Forum上的计算结果（我不会算）
那么我们假设是质子，而不是中微子。把一个质子加速到99.99%光速，那么它的能量有多少呢？质子质量是 ，当速度为99.99%光速时，根据狭义相对论，其动能为
大致相当于你在跑步上撞上了，一粒，灰尘……基本就是可以忽略不计的……打到你身上你都不会有任何的感觉。
1991年人类在宇宙中观测到了一个高速粒子——这也是在当时观测到的能量最高的宇宙射线了，至今仍不知道它为何有那么高的速度，并将其命名为“额滴个神啊”粒子[3]。其速度为99.99999999999999999999951% 光速。假如一个中子以这么高的速度运动，动能为
这相当于将一个57克的网球，以29 m/s的速度（约等于104 km/h）打在你的身上。考虑到一般职业比赛网球速度大约是200多km/h，这个撞击似乎也不是不能承受。
或者相当于0.6千克的篮球，以9 m/s的速度砸到你身上。虽然是有点疼，不过也还好吧。
而它所导致的辐射量小于一次CT的辐射量，所以也是不会引起生命危险的。
Can the Oh-My-God particle kill an astronaut?
所以，只要是一个微观粒子，99.99%光速一丁点也不可怕，哪怕达到了“额滴个神啊”粒子的速度，也相当于被打了一拳而已。
不过如果是一堆微观粒子，还是会出事的。比如前苏联科学家 阿纳托利·布戈尔斯基 就是被质子束爆头的。
但是，如果是宏观粒子，就很恐怖了，哪怕只是一粒灰尘。一粒灰尘的质量大约是 ，如果达到99.99%光速，则动能是 ，相当于一吨TNT爆炸的能量……[4]
参考
晒……晒……晒太阳？
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