原子如共享单车 听过共享原子这种说法

公司 (68) 2021-04-6 09:37 星期二 2周前

你可能知道什么是共享单车,但你听过共享原子这种说法吗?有科学家指出,地球上的每一个人,在某种程度上,都在共享原子。这是怎么回事?

从宏观尺度到亚原子尺度,基本粒子的大小对复合材料结构的大小起着很小的作用。这些组成部分是否真的是基本的和或点状粒子还不清楚,但我们确实了解宇宙,从大的宇宙尺度到小的亚原子尺度。总的来说,构成每个人体的原子量接近1028。

你体内的原子曾经在别人体内存在过

当你吃饭、喝水或者呼吸时,会有许多原子进入你的身体;当你出汗、呼气或分泌排泄废物时,很多原子会回到地球的生物圈,紧接着进入到其他人的体内。在地球上,每个人都被紧紧联系在了一起。

那么,我们之间是如何联系的呢?我们此刻体内有多少原子,它们曾经在之前的某个时刻存在于另一个人体内?我们是否与地球上现在活着的,或曾经活着的每一个人共享着原子?我们体内的原子也曾在孔子、苏东坡、拿破仑、华盛顿等人体内存在过吗?

目前我们所知的答案令人着迷:每个人体内都拥有千亿个曾经存在于别人体内的原子;每个人都会从另一个人呼出的一口气中吸收至少一个原子。

人体不过是各类原子的集合

弄清楚这个问题之前,让我们首先了解一下人体到底是什么。人体由各种器官组成,而器官由组织组成,组织又是细胞组成的。从细胞的角度来看,组成人体组织的细胞仅占一个人体内全部细胞的4%,其余96%是血细胞与生活在体内的细菌细胞。

每个血细胞(主要是红细胞)只能存活约4个月,之后它们会被分解,其成分会被排出体外,并被骨髓中产生的新细胞所取代。而细菌细胞则无处不在:人体皮肤每平方厘米大约有15万个细菌细胞,而在消化道中的细菌细胞数量达到数万亿个。

我们知道,细胞是由分子构成,而分子又由各种原子构成。如果把人体看成是各类原子的集合,那么一个正常的人体构成是这样的:65%为氧原子,18.5%为碳原子,9.5%为氢原子,3.2%为氮原子,其余约4%为钙、磷、钠、钾、硫、氯和镁等。

人体内有多少原子,它是怎么来的?

即使我们只算氧、碳、氢、氮这四种最常见的原子,它们的数量也相当大。具体数量是多少?答案也许会让你感到惊讶——比整个宇宙中的星星还要多。在任何给定的时间点,对于一个中等身材的人来说,他的身体大约包含:4×1027个氢原子,2×1027个氧原子,3×1026个碳原子,和8×1025个氮原子。

那么,它们是怎么来的呢?我们体内几乎所有的氧原子和氢原子都来自我们所喝的水和所呼吸的空气,而大部分碳原子和氮原子则来自我们所吃的食物。

实际上,随着时间的流逝,体内超过90%的原子不再存在。细胞被分解,进入血液,被肝脏和肾脏过滤,其中大部分物质被排出体外。同时,人一直都在摄取和吸入新原子,身体将它们组装成新的分子和细胞。

地球生物圈有多少氢原子和氧原子?

水和空气在地球上的流动性很强,水与水、空气与空气之间是可以充分地混合的。假设地球上的原子一直都是那些原子(现实也基本如此)——它们没有被破坏,也没有新的原子被创造出来,那么你吸入的空气中,有一部分原子曾经存在于其他人肺中,这些人包括孔子、苏东坡、拿破仑、华盛顿等。

这似乎有些不可思议,但它可以通过数学来证明。因为氢和氧是人体中最多的原子,而它们又存在于地球的大气和水中。我们已经知道人体中氢和氧的数量,只要再知道它们在地球上有多少,似乎就能找到答案。

地球拥有大量的原子,但大部分原子都在地球内部,与我们起到相互作用的原子主要在它的外层,即我们地球的生物圈——我们只关心这部分的氢原子和氧原子的数量。

总的来说,地球上所有水体(包括湖泊、海洋,河流、冰川等)的总和,约占地球质量的0.02%,即1.35×1021千克。而整个大气层约占地球质量的0.0001%,即6.75×1018千克。如果将其转换为原子,将是以下结果:4.1×1040个氧原子(大气),4.5×1043个氧原子(水),和9.0×1043氢原子(水)。

为什么说与别人共享原子是可能的

如果你体内的所有原子都回到地球的自然环境中,并且与地球上(生物圈)所有的原子混合,你会发现:平均每2.1×1016个氢原子或氧原子中,就有一个来自你的身体。这对每个人来说都是这样。

前面说过,一个典型的人体中有4×10²⁷个氢原子和2×10²⁷个氧原子!如果我们每个人积累原子都是随机的,那意味着,我们每个人身上这些数千亿计的原子,它们一年前曾存在于地球上其他人的体内,甚至数百万年前,它们也曾存在于恐龙体内。

因为原子很小,而我们每个人体内原子数量巨大,才使得与别人共享它们成为可能。如果组成我们的原子数量没有这么多,那么,这种共享原子的可能性就很小了。而事实是,组成我们每个人人体的原子数量超过了我们宇宙中的恒星数量,比整个太阳系中的所有沙子还多。

现在,如果你用力呼出一口气,那么一年后的任意某个时间,地球上其他每一个人就会从你这口气中吸进至少一个原子。换句话说,你现在肺中大约有一个原子,来自孔子呼出的最后一口气。

原子在整个生物圈内被循环使用

我们的身体似乎每年都保持原样,但事实上我们一直在排出体内的原子:我们呼出的二氧化碳中有构成我们身体的碳,小便时排出的水是体内的氢和氧,其他元素(包括汗液,尿液和固体废物)也会定期离开我们的身体。

与此同时,我们呼吸空气,喝水,吃食物,这给我们身体带来新的原子,来替代不断排出的原子。

我们知道,地球生物圈是一个大致封闭的系统,这意味着,如果有足够的时间让原子充分混合,那么这些原子将不可避免地扩散到水和空气所能进入的任何地方。所以,在原子层面上,我们和一切都有着不可思议的深刻联系。

每次吸气时,你都在吸入曾经存在于另一个人体内的空气原子。每次喝水时,你都会喝进曾经存在于另一个人体内的水原子。你所吃的每一口食物,都由曾经在另一个人体内的原子组成。

现在,在我们体内,有着数千亿的原子,它们曾经组成地球上其他的人的身体。我们生活在同一个星球,同一个生物圈,从根本上说,我们在共享所有的原子。

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