前言
鳴謝
簡介
1  核物理：輻射、武器和反應堆
  原子核
  輻射
  原子彈
  E=mc2
  核能
  核醫療學
  核動力宇宙飛船
  聚變：未來的核能
2  量子力學
  微小粒子的力與運動
  波粒二像性
  電子顯微鏡
  知識的限度
  量子計算機
  傳送“我”：量子隱形傳送
3  粒子物理學
  粒子加速器
  回旋加速器——R約去R
  所有物質是由什麼構成的
  反物質
  物質一反物質湮滅
  用反物質給人體照相
  用反物質推進宇宙飛船
  標準模型：基本粒子及其相互作用
4  相對論
  阿爾伯特·愛因斯坦的假設
  邁克爾遜一莫雷實驗
  時間膨脹和長度收縮
  狹義相對論的方程式
  雙生子悖論
  引力和廣義相對論
  黑洞
5  宇宙學
  宇宙大爆炸
  超新星、脈衝星和類星體
  萬物的理論
  宇宙的命運
結語譯者感言

    然而，輻射的電離作用也有好處。在醫學上的某些情況下，醫生希望病人體內的某些細胞死亡。其中一種情況就是針對癌癥的治療。
    癌癥有多種不同形式，並且可以攻擊人體許多不同的器官和繫統，但所有癌癥有一個共同特征：它們都是沒有控制的生長。生長對生命來說是必要的，對於幼小的尚需發展成熟的有機體來說尤其如此。生長對於成熟的個體來說也是必要的，因為機體的細胞和組織需要不斷地得到更新。舉例來說，人體內的紅血球壽命很短，每個人一天平均要死亡約10億個紅血球。人體的紅血球通過細胞分裂過程來得到補充——細胞長大然後一分為二，實現自我復制。細胞分裂是有機體生長、維持和修復組織及器，官的正常途徑。
    所有這些細胞分裂都應該得到很好的控制和協調，隻有這樣，機體纔會在需要的時間，在合適的地點生產出適當數量的細胞。當一群細胞或者單一一個細胞開始無休止地分裂時，癌癥就慢慢形成了。細胞內部存在一些機制可以防止經常發生這種形式的細胞分裂，那些不聽使喚地自我復制的細胞大多數都會死去。所以，很少有細胞能擺脫這些限制而沒有控制地自我復制。如果有的話，這個細胞很有可能遭受了一繫列基因突變，這些基因突變組合在一起讓這個細胞得以繞過種種限制，這種事情發生的幾率非常小。很不幸的是，像其他遺傳因素一樣，基因突變也是可以遺傳的。細胞分裂過程需要復制細胞的DNA，生成的兩個姐妹細胞都得到一份完全相同的DNA。對於一個癌細胞來說，這意味著突變被傳遞給了子細胞，這樣，子細胞又可以沒有控制地進行細胞分裂。像腫瘤這樣的人體不需要的組織就是這樣形成的。
    在美國，癌癥是導致人體死亡的第二大殺手。幾十年前，癌癥是如此可怕，以至於它的名字都不能被提起。今天，癌癥仍然非常可怕，但由於醫療技術的改進，癌癥病人已經有了存活的可能。治療癌癥需要殺死或者移除人體內的癌細胞，同時要盡量避免對正常組織造成損傷。殺死癌細胞的一種方法就是使用放射線。
    大約一半的癌癥病人接受了各種形式的放射治療，或者單獨使用，或者和其他醫療程序結合起來使用。通常，用於治療的射線束來源於高能粒子和電磁輻射。在有些情況下，射線束隻應用於機體表面，但更多時候需要在機體內部進行治療。放射治療對大部分固態腫瘤(異常生長的腫塊)都有效，包括腦部、胃、肺和其他器官的普通癌癥。治療所需的射線劑量取決於癌癥的種類、位置和病程等許多因素。對癌癥及早作出診斷總是最好的；某些類型的癌癥能夠擴散至全身，如果發展到晚期，治療起來就非常困難了。
    這些醫療程序中使用的某些射線並不是來自放射源。在醫療中應用得很普遍的X射線和γ射線通常是通過粒子加速器發射出來的，電子、質子和中子這些粒子本身也是由加速器產生的(本書的第三章將討論到粒子加速器)。然而，很多治療采用了鈷60，這是一種半衰期略長於5年的放射性同位素。鈷60是一種優良的7射線源，而且通過用中子轟擊自然鈷(沒有放射性)可以容易地得到大量的鈷60。盡管鈷60治療會產生一些放射性垃圾(像其他核燃料一樣，這種同位素在發揮醫療用途之後還具有放射性)，但對於沒有加速器可用的醫院和診所來說，它還算一個相對便宜的選擇。
    放射治療的目標是殺死癌細胞而不影響正常的細胞。但不管放射束的來源和性質怎樣，它都不可能如醫生所期望的那麼精準。不可避免地，有一些健康的組織要受到損傷，但隻要不是特別嚴重，大多數細胞都能通過某些機制來修復由射線造成的損傷。對病人來說，非常幸運的是，癌細胞的這些修復機制一般都不完善，所以它們更容易向射線屈服。然而，放射治療總會帶來一定量的副作用或者間接損傷。這些無意的損傷通常發生在由頻繁分裂的細胞(和癌細胞不同的是，其生長和分裂仍處於控制之中)所組成的組織上面。常見的例子有毛囊細胞和血液、皮膚及腸中的細胞。這就解釋了為什麼放射治療中經常出現脫發和惡心等副作用。
    核醫療學這個術語有時僅僅局限於將某種放射性物質注射人人體內，而不包括在各種放射治療中對外部放射源的使用。注射無疑是最直接的利用核活動來進行醫療的方法，但正如上面談到的那樣，放射性同位素即使在體外，也可以應用到各種醫療情境中發揮多種不同功效。
    放射性同位素一旦被注射到體內，就能在疾病診斷(確定哪裡出了問題)和治療中發揮作用。診斷通常采用很少量的同位素，以避免輻射過多造成危害。治療則采用更大的劑量，通常是企圖殺死癌細胞。
    醫生在診斷某種疾病時經常需要對受感染的組織做仔細的檢查。對於位於皮下的組織來說，要麼進行手術，要麼使用X光機或磁共振成像技術(MRI)來對組織攝像。X光機很適於對骨組織成像，但對軟組織卻不怎麼有效。MRI，後面將會簡略地介紹到，能提供許多器官的高質量圖像，但有些時候，注入到體內的放射性同位素會有更好的效果。這些同位素一般被注射到靜脈中，往往可以定位到機體的特定部位。醫生使用專門的檢測器來捕獲由這些同位素發放的射線，從而對內部組織進行測量甚至得到它們的圖像。這些同位素最終被機體的正常代謝過程慢慢消耗掉。
    一個很常見的粒子就是甲狀腺疾病的診斷和治療。甲狀腺是位於頸部的一個腺體，它分泌的激素對機體的生長和代謝有著重要作用。碘是甲狀腺正常發揮功能所必需素，它會聚集在腺體內。醫生巧妙地利用了這個特點，他們把碘131等放射性同位素注入到體內，這些同位素會聚集到甲狀腺中。有的時候也使用其他同位素。锝的同位素在各種核醫療中經常使用到。這是核醫療學中最古老的程序之一，20世紀50年代，當醫生們還在學習放射的原理時就開發出了這個程序。這樣的測試能夠提供甲狀腺不同部分的形狀和活動等方面的信息。在治療甲狀腺癌時，則需要增加放射劑量。
    放射性示蹤劑在醫療實踐和科學研究中都應用得很廣泛。本章的開篇部分介紹了赫維西所做的一個早期實驗，後來發展出了越來越多的利用放射性標記和追蹤各種物質的方法。一個常見的例子就是正電子發射斷層攝影術(PET)，某些同位素在衰變時會發射出一個叫做正電子的粒子，PET技術就是利用這個原理來成像的。
    MRI是對機體內部成像的另一種技術。MRI名字中表明的磁學特性來源於氫原子核，核物理對MRI技術很關鍵。這項技術原來的名字叫做核磁共振，後來“核”字從名字中消失了，部分原因是醫務人員擔心病人會把這項技術和輻射聯繫起來。MRI技術通過引入一個強磁場來排列機體內的氫原子，引入磁場的強度比地球本身的磁場強了約4萬倍(所謂的場，就是力發生作用的空間區域。磁場就是磁力發生作用的區域)。氫原子核是一個質子，其行為表現有點像一根細小的條形磁鐵。當病人處於磁場中時，體內的氫原子就會朝向一定的方向。低頻的電磁輻射(無線電波)被用來定位體內的質子。MRI機器由此生成一張有關病人體內質子即氫原子核分布的地圖。
    為什麼氫如此重要呢？人體重量的大約65％是水，而每個水分子(H2O)都包含兩個氫原子。通過研究MRI信號的分布，醫生通常能判斷機體軟組織(含水的組織)的健康狀況。舉例來說，腦部腫瘤的MRI影像可能會比正常腦組織更亮或更暗(取決於腫瘤本身以及MRI掃描的類型)而且可能會有不同的紋理。
    核動力宇宙飛船
    人們已經從原子核中獲得了炸彈、電能和醫療方法。現在，人們希望這個微小的能源庫可以把宇航員帶往其他星球。
    把核能應用於運輸已經不是一件新鮮的事情。世界上第一艘核動力潛艇，美國軍艦“鸚鵡螺”號於1955年下水。1958年，這艘艦艇在北極冰帽下進行了一次歷史性的航行，這在美國海軍核潛艇中尚屬首次。一些現代化的水面船艦也配備了依靠核反應堆來工作的發動機。
    P19-21