假设人被一个纳米丝拦腰切断,是否可以继续活着?
纳米丝参见《三体》中的描述。虽然说直径小于 5 微米的就可以称之为纳米丝,但是本题里,纳米丝直径为 1 纳米。本题不考虑这种纳米丝是否存在的问题。
衍生问题:组成人体的细胞为什么不会散开?http://www.zhihu.com/question/20308330
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22 个回答
- 有个很关键的因素:切割的结构是不是流体?
- 用线切割流体和刚体的后果是截然不同的,这就是所谓的抽刀断水水更流。
- 界定一个东西是固体和流体与观察的尺度有关。
- 先想象一个极端的情况假设有一条直径是皮米的线(1pm=10^-12 m),这是用它来切割一块金属( 原子级别是10^-10 m ),他都能穿过原子之间的间隙,即使与原子碰撞也能将原子排开,也就是不会对物体造成损害。这时候物体可以粗略看成是具有流体的性质。
- 回到人的例子, 人体大部分的结构在纳米尺度是流体
- 人体最大的组分——水(包含溶解的离子),在纳米尺度当然是流体。
- 生物膜——脂质,和水一样也是流体。
- 蛋白质——尺度是百纳米,这意味着如果不幸纳米线拦腰切过的话,有一定概率被截断,这意味着有部分蛋白质被破坏。人体每时每刻都有大量的蛋白质降解掉,这一纳米薄层对人体来说影响不大,很快就可以得以恢复,当然也不会致命。
- DNA——这囧了,完全展开的长度是m的尺度的,就是固缩为染色体也是微米(μm)尺度的,也就是一碰到线的话基本挂定了,也就是DNA断裂。不过DNA断裂对人体来说不会陌生,人体有很好的机制来修复这种损伤。即使即使是修复不了了,也不会立刻致命的,DNA对细胞的作用要通过DNA→RNA→protein的过程,也就是有延时,所以影响不会立刻体现出来。细胞检测到DNA破坏得太厉害后会激活细胞凋亡,也就是这一层的细胞部分清除掉了,但这个过程有足够时间复制出新的细胞。
- 所以,死不了哦
……待续
—————————————万恶的纳米线————————————
考完试了,感谢大家一起讨论,之前没时间,几个问题补充一下……
- 纳米尺度的小分子
**********background***********
骨骼的结构,其实也是细胞核周围的分泌物(骨盐),骨盐其实也不是一整块固体,中间有很多沟沟洞洞,是营养物资的通道。
骨骼的再生,骨骼的其实也是不断更新的。*********** *********** *********** *********** *********** ***********
这个争议比较大,主要是这样两个疑问:过去是不是切开?假如切开了能否连上?
1、过去是不是切开?
1nm的确比较纠结,如果是一条“皮米线”,应该不是问题。结果应该如#Ruki所说“切线足够小以至于只会影响瞬间的电子云运动的话,我觉得不能形成完全意义上的"切断",分子间作用力还是可以(部分)保留。”也就是没切开啦。。。
**********background***********
1nm,这个问题很无奈,如果是0.5纳米应该就没什么争议了,分子间范德华力作用距离就是0.几纳米那样,如果只是分开这么多,一下就粘回去了
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科学实验能否证明?其实自然现象已经证明,一束中微子可以穿过地球,总该不会吧地球(应该也是固体)切成两半吧。。有人会觉得这不行,这是一种波,不是线,其实吧,纳米线的波粒二象的波动性性已经很明显了,何况是皮米线呢?
那如果就是“纳米线”呢?应该会破坏部分化学键,但也只是部分,因为薛定谔养了个猫。 *这个问题可能还要考虑波粒二象性
*啊 不该是一束 是一面中微子 牵强了
2、那如果就是被破坏了,还全都破坏了,连不连得上?
什么是连上?就是回到了再低势能的点,参照前面的图,稍微远一点是能回复的,但如果超过了阈值就要各奔东西了。
0.5nm对分子毫无压力,1nm也不算太离谱,但差不多在阈值的位置,不大好说。科学上能否证明?两块光滑的金属,把它们放到一起,变成一块,自然界也有——壁虎的脚。所以就是把分开的两块原来表面完全光滑的骨盐放在一起,也会接合合到一起的。
就是你硬把他们掰开,只要距离合适,也是会“愈合”的。#韩冬:如果骨头断了,将两块断骨对接好,成骨细胞可以完全修补好,直到和健康人的骨头没有区别。
- 百纳米测度的大分子
1、这时第一个疑问还是一样,只要线直径小于键距,no problem!大于也差不多,不同的是大分子是单分子,所以断了就断了,没有猫了。
2、连不连得上?单分子在空间上没有其他原子的束缚,所以断开后有可能迅速跑开,但也有一定概率重新碰到一起,只是概率变小了。
蛋白被破坏其实很正常,DNA断裂也不是什么罕见的事。大家的问题主要集中在如果这些大分子刚好处在关键的地位,然后又碰巧再生不了,比如神经细胞的DNA断了,细胞外连接的蛋白分子断了。这是有可能发生的,应该也是会有影响的。但也不一定致死,像脊髓的神经细胞是一束的,细胞连接不一定在一个平面。有点抽象,画个图:
*细胞骨架(不是细胞外连接)断了其实危害不是很大,细胞内的骨架系统本来就是高度动态的。
- 切割的速度
—————————————这是实验——————————————
这个问题越分析越虚幻了,咋办?实验才是王道!!很多人在在评论中都提到了实验,但过于分散。在这里只是借用一下大家的思想,整理一下,不是完全本人原创性的想法。
*实验应该不会太理想,因为纳米线制作不出来,只能初略模拟。
- 简化问题
再次简化为验证在薄层上成不成立。实验的时候可以制造一个粘性合适的薄膜,像肥皂膜之类的东西,然后用细小的点状物迅速穿过,看能否实现不破。
大概就是一个肥皂沫圈模拟细胞膜,小点模拟纳米线,当然肥皂沫粘性足够大,点要够小。如果不能接合回去的话,肥皂沫破裂;反之不然。
- 细胞实验
考虑到细胞比较难固定,细线很难做整体的运动,所以采用固定细线,运动细胞的做法,让细胞高出落下获得初速度。下落平面采用液体缓冲,最后只要看细胞是完好的,还是一份为二,还是破裂。
这条线应该要用纳米碳管,长度以两倍细胞直径合适。
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(真空中的球形鸡来了)
我也认为人会被切开,不过是在一定前提下。
前提是:
纳米丝是完全化学惰性的,不会断,绝对光滑。在切割过程中,被纳米丝碰到的原子,其相关化学键完全断裂。切割速度快过愈合速度。
纳米丝划过人体整个横截面,且纳米丝长度大于人体横截面最宽处(类比刀切葱段的样子)。
综上所述,当当蓝色的细胞被红色的纳米丝划过时,如下图所示,由于细胞连接、细胞间基质被破坏(这使得细胞间固定结构被破坏)、细胞骨架被破坏(这使得细胞性状被破坏)、细胞膜被破坏(这使得细胞完整性、结构稳定性被破坏),这使得人体成为一个整体的基础被破坏了,因此我认为纳米丝会将人体切开。
外行拙作,若对各位提供的智力支持理解有误,望请指出。
感谢:
@韩冬 @张旭 @赵世奇 @Ruki @金晨羽 @叶畅 @杨程博 @丁若水
(排名不分先后)
---- UPDATE LOG ----
6.22 增补细胞间基质和细胞膜骨架两部分,感谢@张旭 的支持。
6.22 重新排版。 显示全部
我也认为人会被切开,不过是在一定前提下。
前提是:
纳米丝是完全化学惰性的,不会断,绝对光滑。在切割过程中,被纳米丝碰到的原子,其相关化学键完全断裂。切割速度快过愈合速度。
纳米丝划过人体整个横截面,且纳米丝长度大于人体横截面最宽处(类比刀切葱段的样子)。
- 首先看一下 1 纳米会在人体中是怎样的尺度:
- 真核细胞大小:1-100um
- 蛋白质大小:1-100 nm
- 水分子大小:0.3 nm
(以上:@金晨羽 提供数据)
- DNA:键间距 0.34 nm。
(@杨程博 提供的图片)
- 离子间距离:0.1nm
(@Ruki:我们做的题一般是算离子间的距离,跟题目关联不是很大,用的一般是10^-10m这个单位,http://zhihu.com/question/20308249/answer/14699539 评论中。)
- 当纳米刀划过时,哪些结构破损会比较严重
- 细胞连接和细胞外基质
在纳米丝划过人体的时候,经过了一些很重要的称为「细胞连接(cell junction)」的蛋白质结构,这些结构维持了细胞的联系,使得组成我们人类的细胞不会散成一坨。 - 细胞连接主要分为三种,
一种是间隙链接(gap junction),http://en.wikipedia.org/wiki/Gap_junction
一种是紧密链接(tight junction),http://en.wikipedia.org/wiki/Tight_junction
一种是桥粒和黏著链接(共属于锚定链接,anchoring junction),
http://en.wikipedia.org/wiki/Adherens_junction ,http://en.wikipedia.org/wiki/Desmosome
间隙连接和紧密链接的细胞间距都是数个纳米至十几纳米,但是由于连接件为蛋白质,因此当纳米丝划过的时候,必定化学键被破坏,蛋白质被切为两节,连接失效。
第三种连接有点类似尼龙搭扣,当纳米丝划过的时候会切断细丝,但蹭蹭还差不多凑合能粘上,但由于原来的连接结构失效,即便能粘上也不会有以前那么牢固。
因此可以认为,当纳米丝划过的时候,构成细胞连接的蛋白质统统损坏。 - 细胞外基质
http://en.wikipedia.org/wiki/Extracellular_matrix
细胞外基质为细胞提供支持,分离机体组织等功能。
在这里依旧关心其支持功能。细胞外基质的支持功能由蛋白多糖、纤维蛋白等大分子提供,并连接至细胞膜骨架上。当纳米刀划过的时候,这些结构的完整性会被破坏,不能再提供支持。
- 细胞膜
除此之外,纳米丝还有可能划过细胞膜。细胞膜维持维系了细胞作为一个整体不至于散开。(感谢 @叶畅 )在这个题中,只关心细胞膜的结构部分,即磷脂双分子层和细胞膜骨架。 - 首先说磷脂双分子层。
@金晨羽 提供的资料:
http://en.wikipedia.org/wiki/Lipid_bilayer#Structure_and_organization
细胞膜的磷脂双分子层的相邻分子之间使用范德华力连接。范德华力是一种电性引力,其作用半径范围较大,具有一定的宽容度。如下图,由于分子键电性引力与斥力的合力在0.4 nm 时最小,在0.4~0.6之间时提供引力,在大于0.6nm时可以忽略,因此可以认为纳米丝划过细胞膜的磷脂双分子层时产生的1nm空隙可以破坏双分子层。
(@叶畅 供图) - 接下来说细胞膜骨架
http://en.wikipedia.org/wiki/Cell_membrane#Cytoskeleton
细胞膜骨架又镶嵌在细胞膜上的各类蛋白质构成,具有很多功能。其中一个功能是为细胞外部结构(鞭毛、细胞外基质等)、内部结构(微丝等)提供附着、固定用的锚点。若这类蛋白质被破坏,则细胞连接的稳定性就会被破坏。 - 细胞骨架(细胞内骨架)
其次,细胞内部有一些支撑结构,这些结构称为「细胞骨架」,主要由蛋白质构成。http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BB%86%E8%83%9E%E9%AA%A8%E6%9E%B6
细胞骨架维系了细胞内部分子交流的通畅。对于有些细胞来说(如肌细胞),还提供了改变形态的功能。由于其主要由蛋白质构成,因此当纳米丝划过的时候,细胞骨架同样会被破坏。 - 细胞质
细胞质是液态胶状物质,虽然切不断,但没有维持原有形态的能力。
综上所述,当当蓝色的细胞被红色的纳米丝划过时,如下图所示,由于细胞连接、细胞间基质被破坏(这使得细胞间固定结构被破坏)、细胞骨架被破坏(这使得细胞性状被破坏)、细胞膜被破坏(这使得细胞完整性、结构稳定性被破坏),这使得人体成为一个整体的基础被破坏了,因此我认为纳米丝会将人体切开。
外行拙作,若对各位提供的智力支持理解有误,望请指出。
感谢:
@韩冬 @张旭 @赵世奇 @Ruki @金晨羽 @叶畅 @杨程博 @丁若水
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我觉得是必死。
需要考虑人的微观结构。
参考数据:假设纳米丝直径1纳米,人的细胞1-30微米,大约是1/1000之一的样子。想象一个人是一个细胞,纳米丝就是1毫米的线,还是挺粗的。
如果切一个单个细胞会怎样?即便为了保证细胞不受损,切割速度非常慢,这样也仅能保证细胞膜不被破坏掉(类似显微注射)。但是如果纳米丝经过细胞核(DNA)、细胞器、各种微管微丝,就会把这些结构破坏掉。如果速度快,细胞膜就会破裂。其实还要考虑到纳米丝的摩擦力、水溶性等。
图中红色部分为大约1nm,这么粗的过去,DNA已经散架了。
总之,1纳米还是太粗,足够破坏细胞结构。但究竟有没有一个足够细的丝能穿过人体呢?这个需要靠学物理的人来解答了。
———————————分割线—————————
发现细胞尺度还不够,进入分子尺度。
人的主要结构是大分子,例如蛋白质、DNA,这些分子之间是又化学键链接的,化学键的尺度应该在0.1x nm的大小,1纳米过去,这些大分子全散了。所以染色体、角质、骨骼应该都可以被破坏。所以应该和刀砍了差不多。只不过切面很细,不会挤压到旁边的地方。
_________又分割_______
看了这么多评论和答案,我自己都动摇了。不过,还是坚定自己的看法。如果纳米丝通过,所有经过的路径的分子力都不存在了,主要是蛋白质内部的分子力,微管,微丝,角质等。剩下的都是弱力,例如细胞膜的张力。所以想象一下,这一个断层的所有细胞和结构,都只靠弱力连接,这些力是否能够继续保持宏观的稳定,我估计是不行。
需要考虑人的微观结构。
参考数据:假设纳米丝直径1纳米,人的细胞1-30微米,大约是1/1000之一的样子。想象一个人是一个细胞,纳米丝就是1毫米的线,还是挺粗的。
如果切一个单个细胞会怎样?即便为了保证细胞不受损,切割速度非常慢,这样也仅能保证细胞膜不被破坏掉(类似显微注射)。但是如果纳米丝经过细胞核(DNA)、细胞器、各种微管微丝,就会把这些结构破坏掉。如果速度快,细胞膜就会破裂。其实还要考虑到纳米丝的摩擦力、水溶性等。
图中红色部分为大约1nm,这么粗的过去,DNA已经散架了。
总之,1纳米还是太粗,足够破坏细胞结构。但究竟有没有一个足够细的丝能穿过人体呢?这个需要靠学物理的人来解答了。
———————————分割线—————————
发现细胞尺度还不够,进入分子尺度。
人的主要结构是大分子,例如蛋白质、DNA,这些分子之间是又化学键链接的,化学键的尺度应该在0.1x nm的大小,1纳米过去,这些大分子全散了。所以染色体、角质、骨骼应该都可以被破坏。所以应该和刀砍了差不多。只不过切面很细,不会挤压到旁边的地方。
_________又分割_______
看了这么多评论和答案,我自己都动摇了。不过,还是坚定自己的看法。如果纳米丝通过,所有经过的路径的分子力都不存在了,主要是蛋白质内部的分子力,微管,微丝,角质等。剩下的都是弱力,例如细胞膜的张力。所以想象一下,这一个断层的所有细胞和结构,都只靠弱力连接,这些力是否能够继续保持宏观的稳定,我估计是不行。
郑向阳、知乎用户 赞同
如果切割速度很快,那么不会死。各个结构都会有损伤,但不会致命。比如说,大血管是会“断裂”,但是由于血管上皮细胞之间的连接没有完全被破坏、弹性纤维不会马上收缩、大血管血流速度较快等因素,短时间内不会出现大出血。比如说,脊髓是会“断裂”,但是由于切断的位置较靠下,控制上半部分身体的神经细胞元不会被破坏,上半部分可以维持基本反射活动,因此呼吸、心跳不会受到影响,可以维持生命活动。综上,短时间内不会死。
一纳米太细小,横切过人体估计还能有相当部分的细胞和组织都能不受损伤地完整保留下来,然后这么小的伤口很快就会被体液啊什么的填充上,外界空气之类的物质全无机会进入人体,身体各器官机能估计都不会受到影响,下一刻就立刻自愈了
其实我倒是觉得被这么来一下,更大的问题可能不是机械性损伤了。这样的细丝拉过细胞核造成染色体甚至是基因损伤都是可能的咯,所以这个人可能会在几年后死于癌变……
其实我倒是觉得被这么来一下,更大的问题可能不是机械性损伤了。这样的细丝拉过细胞核造成染色体甚至是基因损伤都是可能的咯,所以这个人可能会在几年后死于癌变……
如@韩冬所说,如果人体处于静止的状态,哪怕从脑门切割过,应该也没太大问题。
但如果处于运动状态(像《三体》中,船舶还在颠簸呢,船上的人也在走动),那么纳米丝造成的伤口就大了。会有波浪形乃至各种不规则的切割面。
细胞修补应该也是位置静止的,如果在运动中,伤口会错位,由于惯性,被切割的肢体还可能飞出去。
但如果处于运动状态(像《三体》中,船舶还在颠簸呢,船上的人也在走动),那么纳米丝造成的伤口就大了。会有波浪形乃至各种不规则的切割面。
细胞修补应该也是位置静止的,如果在运动中,伤口会错位,由于惯性,被切割的肢体还可能飞出去。
知乎用户、江小涟 赞同
我的答案是怎么样都不会,甚至可以把问题改为“人体一个纳米的截面上所有物质都消失了,人体依然是一个连成一体的整体”
化学键,范德华力,氢键
生物组织连接里面最重要的其实不是化学键,而是后两者,而后两者在消失一个纳米之后几乎不会受到多大影响
以上是在没有外力作用人体的情况下
化学键,范德华力,氢键
生物组织连接里面最重要的其实不是化学键,而是后两者,而后两者在消失一个纳米之后几乎不会受到多大影响
以上是在没有外力作用人体的情况下
知乎用户、颜桢 赞同
《列子·汤问》
魏黑卵以暱嫌杀丘邴章。丘邴章之子来丹谋报父之仇。丹气甚猛,形甚露,目测会疼不会死。
计粒而食,顺风而趋。虽怒,不能称兵以报之。耻假力于人,誓手剑以屠黑卵。
黑卵悍志绝众,九抗百夫。节骨皮肉,非人类也。延颈承刀,披胸受矢,铓锷摧
屈,而体无痕挞。负其材力,视来丹犹雏鷇也。来丹之友申他曰:“子怨黑卵至
矣,黑卵之易子过矣,将奚谋焉?”来丹垂涕曰:“愿子为我谋。”申他曰:‘
吾闻卫孔周其祖得殷帝之宝剑,一童子服之,却三军之众,奚不请焉?”来丹遂
适卫,见孔周,执仆御之礼,请先纳妻子,后言所欲。孔周曰:“吾有三剑,唯
子所择;皆不能杀人,且先言其状。一曰含光,视之不可见,运之不知有。其所
触也,泯然无际,经物而物不觉。二曰承影,将旦昧爽之交,日夕昏明之际,北
面而察之,淡淡焉若有物存,莫识其状。其所触也,窃窃然有声,经物而物不疾
也。三曰宵练,方昼则见影而不见光,方夜见光而不见形。其触物也,騞然而
过,随过随合,觉疾而不血刃焉。此三宝者,传之十三世矣,而无施于事。匣而
藏之,未尝启封,”来丹曰:“虽然,吾必请其下者。”孔周乃归其妻子,与斋
七日。晏阴之间,跪而授其下剑,来丹再拜受之以归。来丹遂执剑从黑卵。时黑
卵之醉偃于牖下,自颈至腰三斩之。黑卵不觉。来丹以黑卵之死,趣而退。遇黑
卵之子于门,击之三下,如投虚。黑卵之子方笑曰:“汝何蚩而三招予?”来丹
知剑之不能杀人也,叹而归。黑卵既醒,怒其妻曰:“醉而露我,使人嗌疾而腰
急。”其子曰:“畴昔来丹之来,遇我于门,三招我,亦使我体疾而支强,彼其
厌我哉!”
贾一凡 赞同
大家都列举了很多数据来说明。但是我想提出一个问题,在纳米级的微观条件下,纳米线和分子之间的作用真的像我们平时所见的“切割“一样吗。个人拙见,在宏观条件下,物体间的作用具有实体性,如大家所说用刀切西瓜,很容易观察到和推出习惯被切成两半。在微观,条件下,用一纳米的线去切,显碰到蛋白质,碰到DNA,接触离子键,会如切西瓜那般?在微观条件下,我认为,更多考虑物质波动性,就是可以越过物质阻隔的可能性。只可惜在下在这方面的物理知识实在匮乏。不知是否有专家能继续从这方面探讨一下。
昆湖 赞同
不可以的吧,各位围观群众都在从物理学的角度来告诉大家,足够细的线就不会有影响。
但人体内部是存在压力的,如血管内的血压,膀胱内的尿压,大小肠内的不良气体压······
切割过去后,所有组织的粘合,修复能赶得上各种不同体液的宣泄和污染?
此人不做引体向上的话,估计能活片刻(长短以外部各环境因素改变而定),随即应该死亡。
但人体内部是存在压力的,如血管内的血压,膀胱内的尿压,大小肠内的不良气体压······
切割过去后,所有组织的粘合,修复能赶得上各种不同体液的宣泄和污染?
此人不做引体向上的话,估计能活片刻(长短以外部各环境因素改变而定),随即应该死亡。
对于切割血肉我是相信没什么问题的,即使是被一张很薄的纸划过皮肉,留下的伤口甚至可能都不会被感觉到,而纸的厚度是几十份之一毫米,比纳米大了数十万倍。这差不多就是一根钢筋和头发的差距。被钢筋扎过都没事,被头发扎一下更不会有事。
对于骨骼这种比较硬的物质,我就没什么信心了,但是死掉应该不至于,人体任何一块骨头断掉都不会死的。
对于骨骼这种比较硬的物质,我就没什么信心了,但是死掉应该不至于,人体任何一块骨头断掉都不会死的。
知乎用户、王广欣 赞同
并非相关专家,不过这个问题很有意思,想就自己的看法谈谈。
如果确定是一根线,并且不会断、同时快速切断的话,我支持必死无疑的看法。
因为造成的是一个庞大的横截面的创伤,而不是一个细微的洞或者是贯穿伤。
如果确定是一根线,并且不会断、同时快速切断的话,我支持必死无疑的看法。
因为造成的是一个庞大的横截面的创伤,而不是一个细微的洞或者是贯穿伤。
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