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原标题:毒药之王,造价超过500亿

浏览次数:188 时间:2019-09-17

欧洲杯决赛近在咫尺,在这个关键时刻,又一只队伍倒在了 12 码。自古无数豪门,一遇点球都歇菜。点球大战之所以可怕,就在于它充满变数和意外,这种变数对那些飞奔了 120 分钟的球员来说,实在是沉重的心理负担。当球员走上点球点时,他会选择把球射向哪边?而守门员又会扑向哪边?这无疑是一场博弈,经济学家和统计学家对此就做过不少研究。

有人告诉我,你们天文学就是一帮搞摄影的,本宝宝就不乐意了,想着要拿出一点硬货好好吵一架。不过,作为一个从来都不按常理出牌的砖家,本宝宝决定改晒一件天文摄影器材,给大家看个黑科技。

在《名侦探柯南中》,柯南经常闻一闻死者的嘴,苦杏仁味,然后脑子被雷劈过,马萨卡……这种苦杏仁味的毒药就是侦探小说的最爱——氰化物。最近,氰化物又成为了人们关注的热点。作为“高端”毒药的杰出代表,氰化物真的是“毒药之王”吗?

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不,并不是大家耳熟能详的一代传奇哈勃空间望远镜(HST)。作为最声名显赫的太空望远镜,哈勃自1990年发射升空以来,已经在距离地面500多千米的轨道上运行了超过25年,极大的扩展了天文学家对于宇宙的认识。NASA秀出的绝美太空壁纸,大都出自哈勃望远镜之手。

细胞窒息导致死亡

真正具有强烈毒性的氰化物有三种:氰化钠(NaCN)、氰化钾(KCN)以及氢氰酸(HCN)。而其他一些物质,如铁氰化钾等,虽然也含有氰基(CN),但因为很难解离出氰基离子(CN-),所以毒性较小。

从原理上说,氰化物可以通过接触皮肤和腔道粘膜、呼吸吸入、口服、注射等各种途径进入人体,然后解离出氰基离子。这种离子能与人体中细胞色素酶内的三价铁离子(Fe 3+)牢牢地结合,从而使得它不再能变为二价铁离子(Fe 2+),从而导致细胞内一系列的生化反应不能继续进行,使细胞不能再利用血液中的氧气而迅速窒息。同时,因为缺乏呼吸作用产生的能量(ATP),中枢神经系统会迅速丧失功能,继而使人体出现呼吸肌麻痹、心跳停止、多脏器衰竭等症状而迅速死亡。

那么,氰化物的毒性到底有多强烈呢?所谓“离开剂量谈毒性都是耍流氓”,但毒物的致死剂量往往存在个体差异,与人的体重、身体强壮程度甚至当时胃里残余的食物的多少都有关系。2009年第4版的《法医毒物分析》认为,氰化钾的致死剂量在50-250毫克之间,这与砒霜(As2O3)的致死量差不多。而决定是否致死,则需要看血液浓度达到多少,氰化物中毒血浓度约为0.5μg/ml,致死血浓度≥1μg/ml[7]。

形象地说,如果口服氰化钾固体,若吃下相当于1/3颗普通胶囊或半个新版1毛钱硬币大小的一小撮粉末,就几乎肯定能置人于死地。而如果考虑的是最小剂量的话,米粒大小的氰化钾粉末就可能致死。

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致死剂量的氰化钾。(图:wiki)

如果是喝下含有氰化物的溶液呢,就得看一口能喝下多少液体了。假设在一瓶500毫升的饮料中均匀地混入了氰化钾,那么粗略估计,如果需要在受害者仅仅喝下一小口(以5毫升计)后就毒发身亡的话,需要往这一瓶饮料中投入相当于3/4根火腿肠大小的氰化钾(约25克)粉末才能实现。但假设受害者会喝下一大口(以25毫升计)的话,则仅需要扔进去一枚七号电池大小的氰化钾粉末(约5克),即可产生严重后果。

从未罚失过点球的巴洛特利罚球瞬间

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吞进去必死无疑?

在侦探小说中,氰化物都是间谍手中的王牌,一旦入口,绝无生还可能。氰化物真的有那么厉害吗?在发觉有问题之后,立刻吐出来,或者寻求帮助的话还有可能“起死回生”吗?

一般而言,中毒后如果没有采取有效的急救措施,除非剂量很低,否则死亡通常都在中毒后15分钟至1小时内发生,具体的时间长短与毒药剂量、中毒途径都有关系。如果口服大量氰化物,或通过静脉注射、吸入高浓度氢氰酸气体的形式中毒,1-2分钟后就会出现意识丧失、心跳骤停并导致死亡,算得上是“闪电式死亡”了 [1]。

相比之下,砒霜中毒大约需1小时方才出现症状,且要等到数小时后甚至次日才会死亡,从而给医生留下了充足的抢救时间。同时,砒霜的水溶性比氰化物要差很多,因而掺入酒水后容易沉淀下来而被人发现,这也是为什么氰化物的“地位”要高于砒霜。

不过就算氰化物不幸中毒,也并非无药可救。现代医学对此已经有了一套规范的抢救方案,如立即吸入亚硝酸异戊酯气体(倒在手绢上捂住口鼻吸入),再静脉注射亚硝酸钠或亚甲基蓝(又称美蓝)、4-二甲胺基苯酚、羟钴氨素、硫代硫酸钠等药物解毒,并给予吸氧、呼吸机支持、高压氧治疗及利尿等辅助措施,往往能挽救中毒者的生命,国内外已有多起成功抢救氰化物中毒者的报导[2][3]。

此外,由于氰化钾、氰化钠都需要在到达胃部后与胃酸发生反应并释放出氰基离子,才能发挥其最大效用,因而仅仅从理论上说,如果足够幸运,当含有氰化物的液体刚喝到嘴里就发觉不对劲之后,立刻将其吐出来,是有可能幸免于死的。

不过,这种急救过程就是在和死神赛跑,服用的氰化物剂量越大,留给医生的时间就越短,严重中毒的患者多数会死于送往医院的途中。

经济学家的研究

在观看过法国与意大利国内联赛中共 459 个点球的录像后,《魔鬼经济学》作者 Steve Levitt 与他的朋友一起撰写了一篇关于点球的论文。他们觉得,测试现实世界中的博弈理论能让他们获得独特的视角,而点球恰好就是博弈论在现实世界中的最典型的例子。

就和猜硬币一样,始终选择同一个方向显然是不明智的——对方只要知道你的模式,就可以用相应的策略打败你。搬弄一下博弈论的术语,就是“纯策略不是最优策略”。永远选择同一个方向的纯策略很直观,最优策略解释起来就有点麻烦。简而言之就是说,在对方知道你的策略的前提下跟你玩,你选择某个策略比选择其他策略收益都高,那么这个策略就叫最优策略。

但是,如果对方知道你的策略,难道不是总能找出应对立于不败之地么?那么,我们来看看一个叫“混合策略”的做法:罚球员的策略是扔一个骰子,然后 1/3 的概率选择三个方向之一。即使守门员知道罚球员是扔骰子决定的,他也没办法选择该扑哪个方向;而无论他怎么选,最后都是 1/3 概率扑中, 2/3 概率扑不中,最后结果是罚球员可以拿到2/3*1=2/3分。这比罚球员选择只踢左边的纯策略要好得多:守门员知道罚球员选择这样的纯策略的话,就可以每扑方向必中,这无疑就大大提高了扑出的概率。

在博弈论里,但凡这种带有随机决定的策略,都称作混合策略。不同的概率分布对应不同的混合策略:例如罚球员可以选择2/3概率踢左边,1/3概率踢右边的混合策略——当然这样的话守门员只要选择只扑左边,就可以以2/3概率扑对方向,所以这样的策略就不如刚才说的那种混合策略。如果考虑纯策略和混合策略的话,所有零和游戏里必然所有人都有最优策略,而所有人都执行相应最优策略的情况,则被称为纳什均衡。

当然,实际点球可不会这么简单。最重要的一点在于,无论选对还是选错方向,球都不是必进或必不进的。根据 Steve Levitt 论文里的统计数据,球员向惯用的左侧踢球比向右侧的进球率高:球员向左侧踢球的话,守门员即使选对了也有 63.6% 的概率进球;向右则是 43.7%。而守门员选错的情况也不是必进的,根据罚球员向左还是向右踢有 5% 和 10% 的概率不进球。

如果把这一点应用在模型上,虽然具体数据有所差异,但模型表现和上面说的那个简单模型是类似的——守门员和罚球员都存在唯一的最优策略,而且这个策略是一种混合策略。但是,根据具体的进球率数值不同,选择哪种混合策略的概率也会有所不同。

今天要晒的是它!詹姆斯·韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope,缩写JWST),哈勃空间望远镜(HST)的继任者。它有多厉害呢?能拍到月球距离上的一只大黄蜂!(说实在的,砖家我认为,这只黄蜂被看到的时候,应该已经断气了。)

氰化物,名人的选择

氰化物致死剂量小、死亡速度快、抢救困难,它素来被视为一种强力的毒药。历史上,不少名人用它自杀,如计算机科学与人工智能的开创者阿兰•图灵(Alan Mathison Turing)、纳粹战犯希特勒的情妇爱娃•布劳恩(Eva Braun)等。

除了自杀外,各国的特工间谍以及不法分子也经常将氰化物用于谋杀。二战期间,纳粹德国曾用氰化物在数个集中营中杀害过数万犹太人,在人类历史上记下了沉重的一笔。美国一些州曾采用毒气室的方式执行死刑,所用的正是氰化物。而发生于1982年和1986年的两起感冒药泰诺投毒案中,嫌疑人使用的也是氰化物。

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泰诺投毒案中,嫌犯就使用了氰化物。

根据公开的文献报导,国内也曾有不少犯罪分子使用氰化物作案,例如,用带有氰化物的弩箭射杀他人饲养的犬类后将其偷走;也有案例是用它进行抢劫或谋杀等犯罪。

在犯罪手法中,多数是采用将氰化物投入他人饮料、食物之中诱其服下而中毒,但也有案件采用注射、喷射等手段投毒[4][5]。1992年,岳阳市甚至还发生过一起阴道内置放氰化物胶囊投毒的案件[6]。

靠小纸条能赢得点球大战吗?

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(接上图)巴洛特利点球罚中

不过经济学家的研究终归是纸上谈兵。实际上,无论选择什么策略,在选择的时候球员并没有办法判断这个策略是好是坏。这也是每逢关键时刻,总有人走上点球点,深呼吸,然后立刻崩溃的原因。

既然是选择什么策略最好是如此的不靠谱,那么统计球员罚球习惯或许更加靠谱。在 2006 年世界杯四分之一决赛,德国对阵阿根廷的点球大战上,一张小纸条送阿根廷回了老家。在那张提前准备好的小纸条上,记载了阿根廷一些可能主罚点球的球员倾向性:

无独有偶,还记得 08 年,莫斯科那场大雨吗?在切尔西对阵曼联的决赛点球大战之前,切尔西球员也准备一张“小纸条”,他们不仅统计了曼联队友的罚球习惯,甚至统计了曼联门将范德萨的扑救特点。不过这次小纸条却没能发挥神奇效用,切尔西不幸输掉了点球大战。直到 4 年后的欧战决赛,切尔西在点球大战中轻松战胜了几乎崩溃的拜仁。

在我们日常的行为中,如果出现了零和博弈的情况,一个比较传统的方法是分析对手的行为习惯,根据统计结果选择策略。在之前提到的研究中,Steve Levitt和他的合作者们发现,样本显示对于对方踢过来的8个点球,有一位守门员全部都选择向左扑救,而在这8个点球中只有2个是朝向左边的,也就是说,对方球员注意到了他倾向于向左扑救。但他们也同时指出:在我们的样本中没有一个球员在 4 次以上的罚球过程中永远朝着同一个方向射门。

说了这么多,或许你早就发现真正的规律就是没有规律。如果不是被吓坏了,那么莱曼的那张小纸条其实也没大用。如果双方在120分钟不能凭实力解决战斗,到了点球大战,那就只能“尽人事听天命”了。


参考资料:

[1] Testing Mixed-Strategy Equilibria When Players Are Heterogeneous: The Case of Penalty Kicks in Soccer

[2] 《足球经济学》

JWST就是一件造价预计87亿美元(约合560亿人民币)的天文神(wán)器(jù)。如下图,外观设计潮爆, 配色是脑残粉加土豪金。

氰化物并非无影无踪

虽然氰化物效果显著,但并非“无影无踪”。死于氰化物中毒的遗体具备相当多的特征,相对比较容易识别和鉴定。

外观上,由于氰化物中毒的机理是细胞缺氧窒息,因而静脉血液中富含氧气,尸体表面可见鲜红色的尸斑,特别是耳廓、耳垂多呈樱红色,颜面及嘴唇有紫绀;解剖后可见血液不凝固且呈鲜红色,肾、肝等脏器淤血、肿大;口服中毒者则可见胃部粘膜广泛出血。同时,运用特异性较好的“普鲁士蓝法”,能较简便地在胃、肠、心血管等处检测到残留的氰基离子,从而证明氰化物中毒的事实[7]。

不过有研究指出,口服中毒者,由于氰基离子挥发性很好,常温下尸体血液中和胃部残留的氰基离子迅速减少,一两天后就很难再检出。因此,必须及时对尸体进行解剖检验,并在氰基离子较容易保存的十二指肠处取样检测,必要时应将样本冷冻保存 [8]。

鉴于氰化物的毒性强烈,各国都把它们列为最严格管制的物品目录,购买和使用都处于严密监控之下,防止它们被用于非法用途。

目前,氰化物在工业上多用于湿法炼金和电镀。而随着科学技术的发展,这两种用途都有了替代方案,逐渐淘汰了高危险、高污染的含氰工艺。那么,也许有一天,当氰化物失去所有的合法用途之后,就没有必要再保留它的合法生产厂家,氰化钾、氰化钠这些令人毛骨悚然的物质也许会永远从我们的星球上消失。

跟修修补补坏坏界的前辈——神奇美妙的哈勃相比,它又有什么差别?逼格(bigger)啊,各位!下图是HST与JWST的主镜尺寸对比:2.4米vs 6.5米

参考资料:

[1] 《法医学》,陈世贤主编,北京:法律出版社[M]2005年第2版
[2] 张战民,灵宝.抢救急性氰化钠中毒36例[J].内科危急重症杂志, 1999.5(1):40.
[3] 王汉斌,牛文凯,刘晓玲.急性氰化物中毒的诊治现状[J].中国全科医学.2009.12(10B):1882-1884.
[4] 朱少建,邹友,邓承强 等.32起使用氢氰酸作案分析[J].刑事技术.2003.3.43-45.
[5] 吉子言,姚士强.肌肉注射氰化物杀人1例[J].法医学杂志.2010.26(3):219.
[6] 周智良,阴道内塞氰化钾他杀死亡一例[J].法医学杂志.1994.10(1)
[7] (1, 2) 《法医毒物分析》,廖林川主编,北京:人民卫生出版社[M]2009年第4版,p241.
[8] 陈于卓,十二指肠及内容物是口服氰化物中毒死亡尸体的最佳检材的探讨[J].刑事技术.1994.1:7-8.

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当然了,插播一句,地面望远镜(包括射电望远镜,就是天线锅)比他俩口径大多了,参见下面这张神图,注意HST 和 JWST 之流的空间望远镜在左下角,再看看最大的那个不完整的白圈,那是一台大型射电望远镜,叫阿雷西博(007黄金眼)!今年中国还要建成一个比它更大的射电望远镜,口径500米,叫 FAST。

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HST、JWST和斯皮策空间望远镜(SPITZER)的对比,主反射镜尺寸、分辨率和工作温度,以及波长范围,这张图值得好好感受一下。JWST工作温度在-220℃,工作波段覆盖可见光红橙段、近红外,以及中红外。它的能力将超越现在所有地面和空间光学望远镜的极限,将把行星、星系和宇宙的研究再往前推进一大步。会看到什么?哈利路亚,哦买噶!

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