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【科幻樂趣多】捉鬼敢死隊的質子槍有幾厲害?

2016/8/6 — 11:01

CC0 Public Domain

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原版初映三十年後,經典美國電影《Ghostbusters》(港譯《捉鬼敢死隊 / 魔鬼剋星》)的翻拍版剛剛在七月上映。劇情不但充滿了冷笑話,還展示了不少趣怪的捉鬼工具,算是空想科學的表表者。

問題是,這班瘋狂科學家手中的武器有多強大呢?他們用來攻擊鬼怪的主要工具,是所謂的質子槍;而帶有正電荷的質子,是組成物質的原子的一部分。筆者無意猜測一堆熱烘烘的帶電粒子如何抓著鬼怪(請先用物理原則定義、描述鬼怪!)。現時科學能探討的,是 Ghostbusters 們能否造出這種隨便破壞建築物的大殺傷力武器。

殺傷力或能量的高低該怎樣判斷?現時地球上最高能量的質子加速器,是歐洲核子研究中心的大型強子碰撞器 LHC,用它來做參照就對了。

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LHC 的圓周長大概為二十七公里,橫跨法國和瑞士邊境,裡面的質子在超導體電磁鐵的強磁場下不斷轉彎、加速,在每粒平均動能達到 7 TeV 後相碰撞。雖然 7 TeV 轉換成焦耳只是  1-6 = 0.000001 J,連將一克水加熱攝氏一度都不能(需要 4.2 J),但質子束裡面有  1014 = 10,000,000,000,000 粒質子;一束的總能量因而有好
幾億焦耳,全部被吸收的話足以融化幾百公斤的銅!(所有加速器數據均取自歐洲核子研究中心的推廣資料

更何況,質子束在加速時直徑只有幾毫米,碰撞時更是凝聚在再小幾百倍的尺度。由於能量非常集中,質子束即使無法融化整塊的金屬,也至少可以將其擊穿。外國網站 Sixty Symbols 就訪問過 LHC 的工作人員,看他們認為 *用手擋在質子束* 會有什麼後果。總括來說,如果你愛惜身體的話,請勿嘗試。

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LHC 有這樣的「殺傷力」,要歸功那圓周長二十七公里的加速軌道 — 它賦予了質子加速的時間和空間。讓我再重複一次,是二十七公里長!回到電影裡面的 Ghostbusters:他(她)們的設備小得能夠背在身上,加速軌道理應不會長超過十米 — 好吧,就當是一百米 [1]。即使如此,假設他(她)們的技術水平跟雲集全球科學精英的 LHC 一樣,粗略估計質子槍的能量級有   J 左右,大約是 M9 Beretta 手槍子彈動能的七千倍。

所以電影裡面的質子束橫掃千軍,把木頭裝飾或是電單車(摩托車)都炸個稀巴爛,也不可以說是不可能的。只不過,粒子加速器所需的超導體電磁鐵,在零下攝氏兩百度才可以運行;能把這麼厲害的冷藏系統縮小到背包大小,現時的科技恐怕不能做到 [2]。由此看來,這班瘋狂科學家還是臥虎藏龍的啊。為什麼他們沒有一邊售賣專利技術,一邊追求自己的捉鬼夢想呢?

你問我,我問誰?但筆者知道的是,簡單的物理概念加上對數字的感覺,給予了我們多一個角度欣賞科幻電影。

註:

[1] 根據歐洲核子研究中心用過的簡報,一百米大概是現行「小型」同步粒子加速器(synchrotron)的圓周長

[2] 關於協助《Ghostbusters》電影製作的物理學家,見訪問片段 6:21

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原文刊於作者博客

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