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[what if]第73期:致命中微子流Comments>>

发表于 2013-12-05 20:27 | Tags 标签:, ,

提问:

一个人要离超新星多近才能受到致命剂量的中微子辐射?

—— 在物理系偶然听到的

回答:

“致命剂量的中微子辐射”这一说法很奇怪,我脑子转了好几圈才反应过来。

如果你不是物理专业人士,你可能不觉得有什么奇怪,所以我要给你科普一下为什么这个说法让人很摸不着头脑:

中微子就像幽灵一般,它几乎不与任何物质发生反应。看看你的手——每秒钟有约1万亿个来自太阳的中微子穿过你的手掌。

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那么你为什么没有感受到汹涌的中微子洪流呢?因为这些中微子几乎不与常见物质发生作用。平均来说,在这股中微子洪流中,每几年才会有一个中微子“撞上”你身体中的某个原子。[1]

事实上,在中微子面前地球也几乎是透明的;来自太阳的几乎所有中微子都能丝毫不受影响地穿过地球。因而为了探测到中微子,科学家们建造了装有数百吨物质的大箱子,希望能记录到哪怕是一个来自太阳的中微子与这些物质发生碰撞的记录。

所以说如果一个粒子加速器(会产生中微子)想给世界其他地方的探测器发送中微子的话,它只需要直直地瞄准探测器就行了,即使探测器在地球的另一端也无所谓!

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这就是为什么“致命剂量的中微子辐射”听起来很怪异——数量级完全不同啊。这就像说“用羽毛把你打倒”或者“装满蚂蚁的体育馆”一样,[2]如果你有数学背景,这有点像看到像ln(x^e)这样的表达式——我不是说它没有意义,只是你很难想象哪里会出现这种情况。[3]

同样的,你甚至都没法强迫哪怕是一个中微子与普通物质发生作用,因而你很难找到足够能对你产生影响的中微子流。

但超新星能够做到。[4]向我提及这个问题的物理学家告诉我他推测和超新星相关的数字时的经验法则是:不管你认为超新星有多大,它们事实上比你想象的更大。

让我给大家直观地比较一下:

按照你的视网膜所接收到的能量来算,以下两者哪个更亮:

1、在一个日地距离以外观看一个超新星,或者

2、在你眼珠前爆炸的氢弹?

wpid-neutrinos_bomb-2013-12-4-17-57.png

运用那位物理学家的经验法则可知超新星更亮一些。事实上,它们差了整整九个数量级……

这也正是这个问题的优雅之处所在:超新星无比巨大,而中微子又极其不起眼。在哪个距离上这两个相差极大数量级的两个量会相互抵消,并对人体产生影响?

辐射专家Andrew Karam的一篇论文给出了答案。[5]这篇论文指出在某些超新星核心坍缩成中子星的过程中会放出多达10^57个中微子。(每个发生坍缩的质子都会放出一个中微子)

Karman计算出在一秒差[6]距离上的中微子辐射剂量约为0.5纳西弗,也就是吃一根香蕉所受辐射的1/500。[7]

致命剂量的辐射量约为4西弗。利用平方反比律,我们可以计算出辐射剂量:

0.5 纳西弗*(1秒差/x)^2=4 西弗

解得x=0.00001118秒差=2.3 天文单位

2.3个天文单位比太阳和火星之间的距离要远那么一点。

发生核心坍缩的超新星之前都是巨大的恒星,因而如果你在那个距离上观看超新星,那么你将位于恒星的外层之内。

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中微子辐射伤害的计算加强了超新星有多大这个概念。如果你在一个天文单位外观察超新星——并且通过某种手段你没有烧起来,也没有气化,或者变成某种外来等离子体——那么单单是汹涌而来的幽灵般的中微子就足够置你于死地。

如果速度够快的话,一根羽毛绝对能把你撞倒。

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  • 注1:如果你是个孩子的话频率可能更低一些,因为你身体里的原子也少嘛。统计学角度上来看,中微子第一次撞击到我身体里的某个原子应该是在我10岁左右的时候。
  • 注2:大概需要全世界1%的蚂蚁。
  • 注3:如果你想为难刚学微积分的学生的话,问他们ln(x^e)的导数是什么。看上去应该是1或者其他什么简单的表达式,但其实不是。
  • 注4:拼成supernovas还行,拼成supernovii就算了吧。。。
  • 注6:约3.262光年,或者说比地球到半人马座α的距离略短一些。
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47 Responses to “[what if]第73期:致命中微子流”

  1. lxjts说道:

    过瘾!找到了看0.9c棒球时的感觉!

  2. 冯进华说道:

    流弊啊,有学到了。

  3. 动脑的笨蛋说道:

    中微子辐射各个方向机会均等吗?会不会像某些星体的γ射线那样集中在两级?貌似一切都没有证实

  4. magicalwz说道:

    ln(x^e)的导数是e/x么 不解

  5. 杀汉奸说道:

    文章的语言风格有种装逼的意思,让人觉得恶心

    • Chris说道:

      您心态有问题

    • Ctckly说道:

      What if 嘛,表示本来就是调笑用的科学。

    • 当当当说道:

      如果你觉得他说的有些装B的话。那么恭喜你,你只能忍受他的装B了。
      因为他完全有这个资格对你装B,他懂的你几乎都不懂。而这个并不是最主要的,最主要的是,他能把他懂的用来回答一些奇奇怪怪的问题,而且讲得很通俗易懂。
      换一个像他懂那么多的,有可能讲半天你都不懂。

      • jjx01说道:

        他是把别人不懂的东西讲得让别人觉得自己牛比,其实别人还是不懂……

  6. 土豆地瓜说道:

    “如果速度够快的话,一根羽毛绝对能把你撞倒。”
    期待下一篇是一根羽毛到底能以多快的速度运动而保持完整。

  7. 闹钟说道:

    下一篇是苏打行星

  8. apocalypser说道:

    和光速棒球有异曲同工之妙啊

  9. big bear说道:

    是怎么致死的呢?
    中微子流穿过人体的基本粒子之间,把人破碎掉吗

    • 破晓的余晖说道:

      和其他的辐射一样,电离人体的原子,只不过中微子很难和物质反应

      • Illusiwind说道:

        这个说得太简单了。中微子没有电荷,不会直接电离分子。大概是先通过弱作用把一部分原子变成放射性同位素然后产生的辐射吧。

  10. 胡哈哈哈哈哈哈哈哈说道:

    出售空间穿梭(空间虫洞)机,时间穿梭机在研制中。。。。。。。。。。。。

  11. 100说道:

    文中说一个质子释放一个中微子
    我觉得不止吧
    核心温度过高时,物质会不断地发射中微子,正反中微子都有
    因此中微子数量可以超过质子数很多倍

  12. 123说道:

    pc (parsec) 的中文翻译应为“秒差距”,而不是“秒差”

  13. 胡哈哈哈哈哈哈哈哈说道:

  14. 杀汉奸说道:

    我对SB们说一下, 一个羽毛是无论如何撞不倒60KG的人的,最多它能把人打穿,但是不会倒,除非人自己觉得疼了想倒下。
    文中几个错误我给你们指出一下,给你们这些白痴普及一下科普:
    1,文中写:“需要直直地瞄准探测器”。 这是行不通的,中微子会被地心引力弯曲,所以不能直瞄。
    2,1个质子被压缩会释放1个中微子,但是你知道是朝那个方向释放么?这是一个更深入的话题。作者却无法讨论
    3,文中说“计算出在一秒差[6]距离上的中微子辐射剂量约为0.5纳西弗”。这是不对的,至少要加上平方反比等因素,而不是线性
    4,纳西服是个什么单位,文中没说, 其实,整篇文章的论述乱七八糟。没有严谨的科学精神,也只能用来骗点稿费,逗你们玩玩

    再说,你们中有些人,竟然看到杀汉奸的ID就反感,我只能说你是愚昧的小傻逼了。被玩死都不知道是怎么回事,还帮人数钱的那种。

    • Ctckly说道:

      嘛嘛,做人温柔一些嘛,虽然别人会被玩死还带数钱的,但是不是为此就要骂别人一句【SB】则是你自己的问题了。你有资本批评他人,是因为知识储量;但开口要骂,绝不是因为道德制高,而单纯是因为生气罢了。

      • 往事如昨说道:

        神经节能有什么知识量?说的4点没有一点是站得脚的

        • jjx01说道:

          中微子被重力弯曲站不住脚么?

          • 破晓的余晖说道:

            中微子的速度极快,接近光速,几乎不受地球引力影像,如果想说引力扭曲空间造成路径弯曲,地球的重力太小,几乎可以忽略不计。

          • Illusiwind说道:

            即使它按照正确的说法说中微子受引力场对空间的扭曲而没有沿着欧式空间走,这也与“直接瞄准”没有任何矛盾。因为“直接瞄准”是怎么来的?在我看来直接瞄准这词就是按光路确定的。而光路同样会因为引力场对空间的扭曲而扭曲,所以直接瞄准还是没错的。所以这四条都只能说明它自己水平不行……

          • zype1128说道:

            同意 反正光也是弯曲的。。。

    • Miu说道:

      我想知道,0.6g的羽毛以100公里/秒的速度撞击60kg的人体重心,会发生什么情况?

    • MOMO说道:

      松鼠会上的评论都能看到这种玩意儿,真是扫兴

    • 国际盲流说道:

      伙计,受过什么刺激呀?这么不着边际,愤世嫉俗

    • lordychen说道:

      你的回复的语言风格有种装逼的意思,让人觉得恶心

  15. jjx01说道:

    >注3:如果你想为难刚学微积分的学生的话,问他们ln(x^e)的导数是什么。看上去应该是1或者其他什么简单的表达式,但其实不是。

    其实D(ln(x^e))/D(x)是很简单的表达式:e/x,高中就有这求导公式,为了验证是不是真那么复杂我还拿mathematica算了下D[Log[x^e], x]……科学松鼠会的编辑是不是分不清科学文章和装B文章啊

    • JunkFood说道:

      其实重点是这表达式很诡异。。。因为e很少出现在指数项上(至少据我所知是这样的)。。

  16. jjx01说道:

    If you have a math background, it's sort of like seeing the expression "ln(x)e"—it's not that, taken literally, it doesn't make sense, but it's hard to imagine a situation where it would apply.[3]

    ……看了原文才知道原来是译者乱翻啊

    • 5772156说道:

      作者的意思,应该是用只能考虑中微子这个限制考虑中微子的威力,给人感觉就像把e乘到ln(x)上来补回对数函数给x的致命打击一样无聊
      还有,看起来,把x用e做底数的对数处理一下,再用e去乘,看起来好像在某种意义上绕回去了,其实更加复杂了

  17. 说道:

    难道 你们都很懂

  18. versugw www.kuaipu.com.cn说道:

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  19. 派大星他哥说道:

    一个中微子引发的群架……

  20. Illusiwind说道:

    最后一幅图的梗又被砍了。我来吧。
    最后一幅图的悬浮字幕:
    “哥们,又来一遍?你就不能像个正常人那样投球么?”

  21. www.bljyhyn.com大学专科本科文凭办理说道:

    这个完全是云里雾里
    看不懂啊
    大学专科本科文凭办理www.bljyhyn.com

  22. 昆明国旅说道:

    If you have a math background, it's sort of like seeing the expression "ln(x)e"—it's not that, 昆明国际http://www.kmguolv.com/

  23. bridgett yan说道:

    我脚得羽毛够快可以推倒人啊,因为风不会先到嘛?

  24. 匿名说道:

    佩服

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