假如一个波长接近普朗克长度的光子出现在人身上会怎样? 第1页

现阶段的理论里面不会有这种光子存在，很简单，能量太高了，会质量化。

低能量下，会变成正负电子对，然后分开飞行，但是你这个能量我也不知道会产生什么物质，要么是大家寻找的暗物质，手动狗头。

人类能控制的最高能量可以参看欧洲对撞机。

人类观察到的最高能量例子，好像是进入大气层的某个质子。

但是这些能量数量级好像没有你说的那么高吧。

如果你让我猜一下，那只能是黑洞，然后黑洞蒸发，变成波长比较长的光子。这是一个我能够理解的答案。

前面高赞回答挺好的，我做一点补充。

单个光子即使能量再高也不能生成正负电子对或者其他什么强子对。如果单光子可以变为正负粒子对的话，那必可以找到一个参考系使得正负粒子对质心系动量为0，而却不可能找到一个参考系使光子动量为0，所以没有单光子到正负粒子对的过程。

怀疑我对Furry定理理解有误，所以删去了有关的部分。

另经评论区提醒，单光子与原子核相互作用可以产生正负粒子对。

想要标题党的回答？来 给你。

一个波长为普朗克长度的光子能量为 120亿 焦耳, 相当于3000公斤TNT!

这么大的能量释放在人身上，肯定直接见上帝了。

看看这个能量是怎么算的。

光子的能量公式为 。其中普朗克常数 ，光速 。将普朗克长度 带入，可得：

而一公斤 TNT 大概释放 4兆焦耳 能量。

高能粒子物理领域习惯用电子伏特eV的单位来表示粒子能量。 。所以这个光子的能量可以表示为：

这个光子的能量是多高呢？

人类迄今探测到的最高能量的宇宙伽马射线为 450 TeV，来自超新星爆发的蟹状星云，在我国西藏羊八井ASgamma实验阵列探测到的，文章于2019年发在了PRL上^[1]。相比于这个这个光子能量低了1.6兆亿倍！

但是，打在人身上会怎么样？

几乎什么都不会发生。

3000公斤TNT的能量要打在人身上什么都不会发生？

这是因为要想让这些能量发挥作用的前提是你得能把它吸收了。换句话说，你得能把这个高能光子停下来。而你不可能把它停下来。所以它也就瞬间穿透了人体，不留一点痕迹。

多扯一下。光子打到人身上能够发生很多过程，导致光子的能量传递给人体内的粒子。比如被人体内的原子吸收变成原子振动的热量，或者激发电子的能级跃迁，又或者打出俄歇电子等等。

我们可以计算一束高能光子被介质阻挡后的透过率。

d 为介质的厚度， 为对于特定能量 E 和特定材料的衰减系数，可从美国国家标准局NIST网站上查到^[2]。不想自己写程序算的话，伯克利实验室提供了在线计算程序^[3]。

示例，能量为1-30keV的X射线在厚度1毫米的塑料mylar膜的透过系数：

同样也可以算下 X-ray 在特定材质中的沉积深度「attenuation length」。这里材质我选用水「人体的密度还略低于水」，看下能量最高为1-30keV「在线软件最高只能算到30keV」的光子在水中的沉积深度曲线：

30keV光子对应的沉积深度就已经达到了3厘米。而且这个曲线明显是随能量指数上升。

30keV 和“普朗克光子“能量 差了24个数量级。那么可想而知得需要多厚的人体才能挡住这个光子。

所以更高能量的“普朗克光子”穿透人体岂不是轻而易举。

或许你可能会说，这么高的光子能量跟一个很低能量的光子，比如人体的热辐射，就能发生光子光子对撞从而生成正负电子对，甚至强子对。次级的粒子会不会对人体造成毁灭性伤害？

关于光子光子对撞可参考我的回答：

或者大佬 @子乾 的回答：

上面的回答会告诉我们在什么样的条件下能够生成正负电子对，或者强子。

我们就直接假定能生成吧。

若是生成正负电子对，那么这对正负电子平分光子的能量，他们各自具有的能量为 。

这么高能量的电子还是一样会直接穿透人体。

人体对带电粒子的阻挡同样可以在NIST的网站上计算。这里我们要算stopping power，对高能粒子的阻挡效果。使用NIST的在线软件ESTAR^[4]，算下能量为1MeV-10GeV「这个在线软件允许的最高电子能量为10GeV」的电子在密度为1g/cc的水中的stopping power。

结果如图，第二个图我直接算出来电子的沉积深度。可以看出能量 10GeV 的电子「红星」的沉积长度就已经达到了将近 1米。也就是说需要 1米 厚的肉体才能阻挡 10GeV 的电子。而 10GeV 相比于“普朗克光子”的能量简直小的不忍直视了。

感兴趣的可以使用PSTAR^[5]和ASTAR^[6]算下质子和阿尔法粒子的沉积长度。

总之，我感觉这个问题的意义也就是了解下：

• 啥是普朗克长度
• 如何计算光子能量
• 如何计算光子在介质中的透过率
• 如何计算带电粒子在介质中的stopping power和沉积长度

至于这个光子是否真能在人体释放3吨TNT能量？

呵呵。

参考

1. ^First Detection of Photons with Energy beyond 100 TeV from an Astrophysical Source https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.051101
2. ^x-ray-mass-attenuation-coefficients. https://www.nist.gov/pml/x-ray-mass-attenuation-coefficients
3. ^Filter transmission.  https://henke.lbl.gov/optical_constants/filter2.html
4. ^ESTAR. https://physics.nist.gov/PhysRefData/Star/Text/ESTAR.html
5. ^PSTAR https://physics.nist.gov/PhysRefData/Star/Text/PSTAR.html
6. ^ASTAR https://physics.nist.gov/PhysRefData/Star/Text/programs.html