Black Panther: Jaký je nejblíže materiál na světě?

Vibranium je něco vážně užitečného. Fiktivní ruda z komiksů Marvel, která pochází z afrického národa Wakandy prostřednictvím meteoritu, Vibranium je používán v Captain America's Shield, dýkách a samozřejmě Panther Habit, který je obložením obleku Black Panther.

V našem světě neexistuje, ale chtěli jsme vědět, které materiály dělat existovat v našem světě může mít všechny nebo některé vlastnosti Vibranium. Takže, samozřejmě, jsme se dostali k profesorovi Jamesu Kakaliosovi, autorovi Fyzika superhrdinů, aby nám pomohl.

„Má schopnost absorbovat všechny vibrace,“ říká Kakalios. "Takže když ho uhodíte, absorbuje energii a pravděpodobně s tím něco udělá."

Kakalios poukazuje na jednu velmi důležitou věc, kterou si musíme pro tuto diskusi pamatovat, a to je zákon zachování energie: energii nelze vytvořit ani zničit.

S tímto vědomím budeme zkoumat Vibranium převážně v souvislosti s Capovým štítem, který je vlastně slitina z oceli-Vibrania. Ocel dělají štít tuhý a tuhý - skvělý na to, aby se postavil na těžké rány a způsobil škody při hození - ale Vibranium udržuje sílu z uvedených těžkých úderů z převodu na Cap. Materiály pracují v tandemu, což Captain America umožňuje chránit se štítem a používat ho jako zbraň.

Klíčovým prvkem Vibrania je způsob, jakým absorbuje vibrace. Vědět, co děláme se zákonem zachování energie, že vibrační energie musí jít někam. Tak by se to stalo?

Kakalios ukazuje na konkrétní scénu Mstitelé ve kterém Thorovo kladivo, Mjolnir, zasáhne Capův štít a vyzařuje záblesk světla. Proč je to významné?

Protože mluví o možnosti přeměny energie z vibrací na světlo.

"Kdybychom nějak mohli proměnit všechny otřesy atomů, vibrace atomů, tyto tlakové vlny, které jsou zapříčiněny výbuchem energie, který štít absorboval, a převést ho na světlo, na fotony energie," říká Kakalios, „že by to stále vyhovovalo pravidlům zachování energie a bylo by to efektivní způsob, jak absorbovat vibrace a vytvořit skutečný typ vibrania.“

To nás vede k naší velké otázce v tomto rozhovoru: Je to možné?

Naprosto. Tento jev se nazývá „sonoluminiscence“ a je velmi reálný. Spona níže ukazuje sonoluminiscenci průchodem zvukových vln přes bublinu v nádobě s kapalinou, což způsobuje, že se bublina expanduje a následně se zhroutí. Když se zhroutí, molekuly páry v bublině se rozběhnou a vydávají teplo a - uhodli jste - světlo. Světlé, modré světlo.

Nemůžeme to přesně použít na štít, ale teorie je zvuková (doslova) a je to zatraceně úžasné. Kde nás nechávají pro materiály?

Pro ilustraci chování něco jako Vibranium, Kakalios mluví o upuštění bowlingové koule z okna. Pokud hodíte bowlingovou kouli na chodníku, dostanete trhlinku. Pokud ho ale necháte na písku, dostanete kráter. Proč?

„Protože písek, tvořený těmito zrny, která se mohou volně pohybovat, energie padající bowlingové koule se rychle rozprostře na mnoho, mnoho zrn písku,“ říká Kakalios. „Skutečnost, že písek má tyto různé stupně volnosti a dokáže snadno rozptýlit energii, z něj dělá velmi dobrý tlumič nárazů.“

Znamená to, že bychom měli mít štíty z … písku?

Nepřesně. Ale dává nám představu o vlastnostech, které bychom měli vidět v atomové nebo částicové struktuře materiálu, aby se stala životaschopnou náhradou.

Kevlar je zřejmým výchozím bodem. Vyrobený z dlouhých řetězců organických molekul, Kevlar je možná nejpozoruhodnější pro jeho použití v neprůstřelných vestách.

„Stává se, že tyto molekuly s dlouhým řetězcem, díky svým jedinečným aspektům své chemie, se zamknou a vytvoří velmi tuhé struktury,“ říká Kakalios.

Kakalios vysvětluje, pokud jde o kovy jako olovo a ocel.

„Ocel, olovo, takové věci, které mají určitou odolnost vůči kulkám, protože se jedná o velmi velké a těžké atomy, a proto k jejich přemístění potřebuje hodně energie,“ říká Kakalios. „Kevlar používá atom s lehčí hmotností, ale díky nějaké jedinečné chemii a způsobu, jakým se všichni spojují ve velmi tuhé struktuře, je velmi těžké tyto vazby rozbít a dostat atomy z cesty.“ T

Ještě silnější než Kevlar je grafen, který je tvořen vázanými atomy uhlíku. Super tenký a schopný být více neprůstřelný než ocel, když vrstvil, graphene je silný materiál. Je to skutečné a je to také součást komiksu.

Minulý rok Kakalios napsal článek WIRED volal Magic Bulletproof materiál, který dělal Iron Man vzdát železa. Ten materiál? Samozřejmě grafene.

Ačkoliv zatím nejsme přesně tak velké listy grafenu pro účely podobné vibraniu, je to asi nejbližší věc, kterou máme k opravdovému Vibraniu.

„Protože všechny dluhopisy jsou super silné v rovině grafenu… takže je velmi těžké je zlomit,“ říká Kakalios.

Dalším prvkem? Rychlost zvuku v grafenu je ve srovnání s jinými materiály velmi rychlá.

„To znamená, že když přijedete s nějakou kinetickou energií z nějakého dopadajícího projektilu,“ říká Kakalios, „že energie získává atomy uhlíku vibrující, ale protože rychlost zvuku je tak rychlá, energie vibrací se rozloží velmi rychle. rovina grafenu a energie se pak zředí, a tak nemá šanci sedět a rozbít chemické vazby, které drží atomy uhlíku dohromady, a pokud nemůže zlomit vazby, pak kulka neprorazí materiál."

Co to znamená pro náš štít IRL Captain America? Těžko říct, ale grafen představuje některé zajímavé možnosti. Stejně jako strojní součásti a vrtáky jsou diamantově potažené, Kakalios si myslí, že grafenový povlak se může ukázat jako potenciálně významná vráska.

"Nechtěl bych předpovědět, že všechno, co potřebujete udělat, bylo potáhnout ocelový štít grafenem a máte Capův štít," říká Kakalios, "ale bylo by to jedna cesta, která by stála za to."

Nezastavujme se tam, nicméně - grafen je asi nejlepší materiál, jaký máme pro realistický ekvivalent Vibrania… zatím. Existují však lidé, kteří pracují na nanokompozitních strukturách a vyvíjejí materiály, které používají nanočástice, které fungují jako písek z příkladu bowlingu, který vypadl z okna.

„To, co lidé dělají, je vytváření struktur, které mají v sobě jiné malé nanočástice, a když se energie dostane z nějakého druhu výbuchu nebo nějaké srážky, energie se rozloží na nanočástice,“ říká Kakalios. "Mohou rozložit energii na mnoho mnoha atomů, takže žádný atom nesmí nést všechny tyto břemena, a tak neporušujete žádné chemické vazby ani nevytvářejte žádné praskliny."

Možné aplikace materiálů, jako jsou tyto? Například lepší brnění. Vypadá to, že je to přímo z komiksu, že?

„Pohlcuje energii míče a rychle ji šíří. Nezmění energii na fotony světla, ale rozloží to nadměrné stupně svobody, aby žádný atom neměl katastrofální přestávku. “

Zatímco nejsme úplně ve fázi SSR-otázky Vibranium štíty ještě, materiály jako vývoj nanokompozitní technologie, kevlar a graphene nám některé z vlastností, které vidíme v Vibranium bez pomoci mimozemských meteoritů. Jistě, Vibranium je smyšlený, ale některé jeho vlastnosti umět v reálném světě, a to je neuvěřitelné.

Tento článek byl původně publikován 20. května 2016 a byl aktualizován o nové informace.