光子以每秒3亿米冲击人体,为啥没感觉,光子能杀人吗?

如果我说,光子是能杀人的,很多人可能不相信。如果我又说,每秒钟以3亿米冲击人体而没啥感觉的光子,并不代表所有光子,你信吗?那么,为了弄清这个问题,我们就一起来了解一下光子兄弟是个啥脾气。

  • 什么是光和光子?

光子是电磁波的媒介和载体,因此所有的电磁波都是“光”。只不过“光”有看得见的,有看不见的,我们通常说的“光”是指可见光,就是电磁波谱中处于380nm~760nm波段的一段很窄的电磁波谱。电磁波谱全波段包括无线电波(包括长波、中波、短波、微波)、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。其中,除了可见光,无线电波、红外线、紫外线、x射线、γ射线都是不可见光,但都是依靠光子在传播。

电磁波的能量大小以波长和频率来界定,波长越长,频率越低,能量越弱;反之,波长越短,频率越高,能量越强。波长好理解,就是每一段电磁波的长度,以m(米)为单位;频率就是每一秒振动的次数,振动一次就是1Hz(赫兹)。

无线电波、红外线的波长比可见光要长,频率要低,因此能量比可见光更小。而紫外线、X射线、γ射线波长都比可见光要短,频率要高,因此属于高能光。伽马射线是能量最高的不可见光,波长短于1pm(皮米),也就是10^-12m(万亿分之一米),频率在3*10^19Hz以上。

  • 光速与波长、频率三者关系。

这些光子不管高能低能,运动速度都是一样的,约30万km/s(千米/秒),光速和波长、频率之间的关系为:光速=波长x频率。这样我们就可看出,波长越长频率越低,反之波长越短频率越高。用公式表达就是:c=λ*f。式中,c为光速值,λ为波长,f为频率。

这样,我们得到了电磁波波长与频率成反比的结论,可以推导出λ=c/f或f=c/λ。

根据量子力学不确定性原理,人类认识事物的最小尺度为普朗克尺度,这个尺度为:1.6*10^35m,这样我们就得到了电磁波最短波长,不可能再有比这更短波长的电磁波,根据波长与频率、光速的关系,我们就可以计算出电磁波的最高频率及其能量。

  • 光子的能量。

根据普朗克尺度得到最短波长的电磁波,电磁波最高频率极限为:3*10^8/1.6*10^-35≈1.88*10^43Hz。

而光子的能量强度则与普朗克常数相对应。普朗克常数是一个物理常数,用于描述量子大小,以h为标记。在第26届国际计量大会上,表决通过的普朗克常量精确值为:h=6.62607015×10-34 J·s(焦·秒)。每一份能量子的能量值等于普朗克常数与电磁波频率的乘积值,表述为ε=hv。

这样这个最高能量光子能量值:ε=(h=6.62607015*10-34)*(1.88*10^43)≈12457011882J

这是一个什么概念?每吨TNT炸药的能量为4184000000J,这个宇宙可能达到最高能量的光子,其能量达到约3吨TNT烈性炸药的威力,这还得了?要知道我们人身上随便一个光照,每秒都有万亿亿个光子,如果都是这么高能量的光子,不大人没了,地球也早就没了,太阳系也早就没了。

  • 人类迄今发现的光子能量远远低于最高值。

上面计算的最高光子能量,只是宇宙中可能存在的最高理论值。迄今为止,人们制造和捕获的光子能量远远低于这个能量值。最高能量人造光子是2016年科学家们在世界最大的欧洲强子对撞机中得到的,这个光子能量达到了750千兆eV(电子伏特)。

电子伏特与焦耳的换算关系为1eV = 1.602176565*10-19 J ,因此人造光子能量为0.00000012J,与最高能量光子差了十几个数量级。而迄今捕捉到宇宙中最高能量伽马射线光子为450万亿eV,相当于0.00000072J。一般的伽马射线能量只有0.0000000000006626J,就已经是很恐怖的生物杀灭力量了。可见光是比以上高能光子能量低的光子,一般能量只在0.00000000000000000026504J左右,一般不会导致人体的损害。

人体受到γ射线照射,会打断人体原子、分子、DNA化学键,破坏人体细胞,导致死亡。其实比伽马射线还要低能的光子,如紫外线、X射线都属于高能光子射线,对人体都会产生严重损害作用,照射多了都会危及生命。

小结:

1、光子是电磁波的媒介和载体,因此广义上说,电磁波整个波谱都是光,其中包括可见光和不可见光;2、光子根据波长和频率不同,有低能和高能之分,可见光只在很窄一个波长和频率范围,能量处于中等状态;3、不管是低能光还是高能光,速度都是光速,每秒约30万千米;4、紫外线、X射线、γ射线属于高能光子,是可以杀人的,被它们照射,不会一点事都没有。

感谢阅读,欢迎讨论。

时空通讯原创版权,侵权抄袭是不道德的行为,敬请理解合作。