地球会漏气吗?

作者: Frions

来源: 中科院物理所

发布日期: 2022-10-28 11:47:28

本文讨论了癌细胞作为食物来源的理论可行性和实际限制,介绍了干细胞培植肉的现状和挑战,并解释了地球大气层漏气的机制,包括金斯逃逸和电荷交换逃逸。

既然癌细胞可以无限增殖,那么是否可以作为某种食物来源?

理论上可以,实际上不可行,但已经有使用干细胞的培植肉问世了。理论上来说,癌细胞在全熟状态下是可以食用的,我们也在之前的问答中解释了为什么癌细胞和正常细胞都是可以作为食物来源的。但在实际上,有很多限制。首先,癌细胞在处理过程中存在风险。

大多数癌细胞(比如 Hela 细胞)的生物安全等级是 2,这意味着操作者需要防护,并在生物安全柜中进行细胞相关操作,相关废弃物和癌细胞本身也需要贴示生物危害标志。其次,癌细胞产品即使没有任何安全隐患,但在广告宣传上,会有非常大的劣势,有多少消费者会愿意买与癌症相关的癌细胞?虽然癌细胞有限制,但是干细胞没问题啊。

干细胞在合适条件下,同样也可以有序地进行无限增殖,并且可以进一步分化成其他细胞,形成相关组织,而且干细胞比癌细胞更安全。所以现在其实已经有公司利用动物的干细胞来增殖分化生成“培植肉”(Cultured meat),这种培植肉在理论上可以更集约、更高效、更环保地提供肉类产品,并且口感上也会比植物蛋白的人造肉更好。

但是目前的生产成本还是太高,而且技术还不算成熟,只有有限的产品供应,并且也同样有着较大的舆论争议。地球是在漏气。一个典型的漏气方式是金斯逃逸 (Jeans escape),这是一种热效应导致的逃逸。简单地说,这是指气体分子热运动速度超过了地球的逃逸速度,可以飞离地球。大气中分子的速率分布可以被认为满足麦克斯韦分布律。

对于一个容器中处于平衡态的气体分子,如果忽略外场,单个分子出现在容器中任意位置的几率相等,因此重要的是分子按照速度或速率的分布规律,这可以用麦克斯韦分布律描述。麦克斯韦分布律具有如下的形式。同种分子,温度越高,运动速度大的分子就越多;相同温度下,分子质量越小,运动速度大的分子就越多。

在室温下,气体分子的平均速率一般是数百米每秒,但是在分布最右端总存在少量分子速度超过了地球的逃逸速度 (11.2km/s),这些分子具有飞离地球的能力。分子间碰撞构成阻碍分子飞离地球的重要因素。对于高度较低的大气,单位体积所含分子数目大,分子自由程短,分子之间很容易发生碰撞,少量速度超过逃逸速度的分子极可能因碰撞降低速度或改变运动方向,不能飞出地球。

但是,在 600km 高度以上的散逸层,气体极为稀薄,自由程很大,不易发生碰撞,速度达到逃逸速度的分子容易飞出地球。此外,散逸层温度较高 (约 1500K),并且不随高度变化,这样的高温使气体分子逸出地球更为容易。

除了金斯逃逸之外,电荷交换逃逸也是一种漏气机制,这是指地球磁场束缚的高能带电粒子与中性气体分子碰撞,使分子获得很高的速度并飞离地球。

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