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2014年第4期 总第004期 11月
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去太阳只呆一纳秒会有危险吗?

提问:
8岁那年,我在科罗拉多寒冷的冬日铲雪,心想如果自己能够传送到太阳表面,在那儿呆上一纳秒,然后再传送回来就好了。我觉得这段时间足够我让身子缓和起来,但又不至于受到什么伤害。但事情能如我所愿吗?

回答:
预习:

  • 1纳秒=1000皮秒
  • 1纳秒 =0.001 微秒
  • 1纳秒=0.000001毫秒
  • 1纳秒=0.00000 0001(一秒的10亿分之一)

不知道你信不信,这段时间根本就不会让你暖和起来。
太阳表面的温度约为5800开尔文。[1]如果你在那儿呆上一段时间,那你就会被烤成灰烬。不过一纳秒并不算非常久的时间,这段时间里光只能传播几乎恰好一英尺的距离。[2]

(编程祖师爷Grace Hopper曾经在讲演时向听众分发“一纳秒长度的电线”,并拿它和代表一微秒长度的巨大线圈作比较)

这里我假设你将面朝着太阳。一般来说,你要尽量避免直视太阳。但如果太阳已经占据你全部的视野的话,想不去看它也难。

(你可以在太阳上挂一个“油漆未干”的牌子把人群引开)

在那一纳秒中,有大约一毫焦的能量进入了你的眼睛。

一毫焦的能量并不多。如果你头朝着电脑屏幕闭着眼睛,然后你睁开眼睛并再次闭上眼睛,那么你的眼睛在这个“逆眨眼”[3] 的过程中吸收的能量和在太阳表面呆一纳秒吸收的能量差不多。

在那一纳秒中,来自太阳的光子大量涌入你的眼睛撞上你的视网膜。一纳秒之后你就又回到原来的地方了,在这个瞬间你的视网膜细胞甚至还没开始做出反应。在接下来的几百万纳秒(几毫秒)时间内,吸收了光子能量的视网膜细胞才反应过来,开始向你的大脑传送信息,让你知道刚才发生了什么事情。

你在太阳表面呆了一纳秒,但你的大脑要花三千万纳秒的时间才能意识到这件事情。你的感受会是眼前突然划过一道闪光,你感觉到的闪光的时间会比你呆在太阳表面真实时间要长,这种感觉直到你的视网膜细胞再次平息之后才会消失。

你的皮肤吸收到的能量也不多,大约每平方厘米10^-5焦耳。与之形成鲜明对比的是,根据IEEE P1584标准(被ArcAdvisor.com引用),把手指放到丁烷打火机的蓝色火焰中一秒会向皮肤传递每平方厘米5焦耳的能量,这差不多是二级烧伤的最低标准。你的太阳一纳秒游吸收到的热量更是要低上五个数量级,因而除了会看到眼前一道黯淡的闪光,你什么都不会注意到。

但如果你呆的位置不对呢?

太阳的表面虽然比凤凰城热[来源请求],但相对于核心来说温度算非常低的了。太阳的表面只有几千摄氏度,但核心却有几百万摄氏度。[4]如果你去那儿呆了一纳秒会怎么样?

(日偏食发生在当地球移动到太阳戴墨镜的那部分面前的时候)

用史蒂芬-玻尔兹曼定律我们可以计算出在太阳内部会受到多少热辐射。[5]结果并不乐观,按照IEEE P1584B标准,在太阳核心呆上一飞秒就会造成二度烧伤[6]。而一纳秒等于100万飞秒,结果你懂的。

不过也有好消息:在太阳深处,携带能量的光子的波长非常短,大部分是我们所说的硬X射线和软X射线的混合体。[7]这意味着它们会穿透不同深度的身体组织,加热你的内部器官,离子化你的DNA,在烧伤出现前就造成不可逆的损害。唉,我发现这段的开头是“不过也有好消息”,我也不知道我为什么会写这句话。

(我也希望有好消息啊)

在希腊神话中,伊卡洛斯飞得离太阳太近,高温熔化了他的翅膀,导致他最终摔死。但问题是“熔化”是一个相变,因而是温度(内能的量度)的函数,它是入射光通量对时间的积分。因此他的翅膀熔化并非因为他飞得太接近太阳,而是因为他在那里呆了太长的时间。

所以,短暂拜访,赶快跳开,那你去哪儿都不会有问题啦。

(在他下一次爬升期间,他迎面撞上了时速200英里的海鸥)

  • 注1:单位换成摄氏度也问题不大。当温度达到四位数时,单位就已经不重要了。
  • 注2:一光纳秒的距离是11.8英寸(0.29981米),离一英尺就差一点点。我觉得把一英尺重新定义为光在一纳秒时间内传播的距离就很不错,这个世界上单位带来的困惑已经够多了。但这么做就会连带出更多的问题:我们还要继续把一英里定义为5280英尺吗?我们要重新定义英寸吗?以及我们为什么要做这些事?我想其他人应该能够回答这些问题吧,我现在只是个提提意见的人而已。
  • 注3:是不是有这个词?我觉得这个过程就需要有一个名字。
  • 注4:日冕层离太阳表面很远,但温度也高达数百万摄氏度,至今没人知道为什么
  • 注5:还有来自附近弹来弹去的重粒子、质子和其他粒子的定向压力,但辐射才是大头。我打算先偏一下题讨论另一个问题:传送是怎么实现的?当你传送到某个地方时,你肯定会把当下占据目的地的物质给弄走,不然你传送过去之后自身就会和原本就在那儿的物质混合起来了。一个简单的解决方法就是把两个地点的物质对换。Kirk被传送到了某颗星球上,那颗星球上Kirk大小的一团空气被传送回了“企业号”上。那么如果AJ大小的一团太阳核心气体被传送到冰天雪地的科罗拉多,然后我们就把这团气体留在那儿里会怎么样?太阳内部的质子以大约每秒350千米的速度飞来飞去(约为那个位置太阳逃逸速度的一半,只是原因有些艰涩难懂,而且非常诡异)在地球上这团气体不再被太阳内部巨大压强所限制,整个质子团会发生剧烈爆炸,释放出大量光和热。爆炸的当量介于大炸弹和小型核武器之间。
  • 注6:虽然要在几皮秒之后才会造成二度烧伤。原因在于二度烧伤的定义是伤及皮下层,而在最初的几飞秒内,光线还没到达那里呢。
  • 注7:我很想知道宇宙中软X射线光子比硬X射线光子多还是少~

(来源:科学松鼠会)

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