Sort Panther: Hvad er det nærmeste real-world materiale til Vibranium?

Vibranium er nogle alvorligt nyttige ting. En fiktiv malm fra Marvel-tegneserier, der kommer fra den afrikanske nation Wakanda ved hjælp af en meteorit, Vibranium er brugt i Captain America's Shield, daggers, og selvfølgelig Panther Habit, som er beklædningen af ​​Black Panther's suit.

Det eksisterer ikke i vores verden, men vi ønskede at vide, hvilke materialer det gøre eksistere i vores verden kan have alle eller nogle af egenskaberne af vibranium. Så naturligvis nåede vi ud til professor James Kakalios, forfatter af Superheroes fysik, for at hjælpe os ud.

"Det har evnen til at absorbere alle vibrationer," siger Kakalios. "Så hvis du rammer den, absorberer den energien og formodentlig gør noget med det."

Kakalios påpeger en meget vigtig ting, vi skal huske i forbindelse med denne diskussion, og det er loven om bevarelse af energi: Energi kan ikke skabes eller ødelægges.

Med det i tankerne vil vi undersøge Vibranium i stor udstrækning i forbindelse med Caps skjold, som faktisk er en stål-Vibranium-legering. Stål gør skærmen stiv og stiv - god til at stå op for kraftige slag og forårsage skader, når de kastes - men Vibranium holder kraften fra de tunge slag fra at overføre til Cap. Materialerne arbejder i tandem, så Captain America beskytter sig med skjoldet og bruger det som et våben.

Et nøgleelement i Vibranium er den måde, hvorpå det absorberer vibrationer. At vide, hvad vi gør om loven om bevarelse af energi, at vibrationelle energi skal gå et sted. Så ville det ske?

Kakalios peger på en bestemt scene i Avengersne hvor Thor's hammer, Mjolnir, rammer Caps skjold og resulterer i en lysende blink af lys. Hvorfor er dette vigtigt?

Fordi det taler om muligheden for omdannelse af energi fra vibrationer til lys.

"Hvis vi på en eller anden måde kunne vende alle atomernes omrystning, atomerens vibrationer, disse trykbølger, der er afbrudt på grund af den energiblaster, som skjoldet absorberede og omdanne det til lys i fotoner af energi" siger Kakalios, "der ville stadig opfylde reglerne for bevarelse af energi, og det ville være en effektiv måde at absorbere vibrationerne på, for at gøre en rigtig type viban."

Det fører os til vores store spørgsmål i denne samtale: Er det muligt?

Helt. Fænomenet hedder "sonoluminescens", og det er meget reelt. Klipet nedenfor viser sonoluminescens ved at sende lydbølger gennem en boble i en flydende beholder, hvilket får boblen til at udvide og efterfølgende falde sammen. Når det kollapser, springer dampmolekylerne i boblen sammen og afgiver varme og - du gættede det - lys. Et lyst, blåt lys.

Vi kan ikke ligefrem sætte dette til at bruge på et skjold, men teorien er lyd (bogstaveligt talt) og det er temmelig forbløffende. Hvor forlader det os for materialer?

For at illustrere adfærd af noget som Vibranium, taler Kakalios om at droppe en bowlingkugle ud af et vindue. Hvis du taber bowlingkuglen på fortovet, får du en revne. Hvis du vælger det på sand, får du et krater. Hvorfor?

"Fordi sandet, der består af disse korn, der er fri til at bevæge sig, spredes energien fra den faldende bowlingkugle hurtigt over mange mange sandkorn", siger Kakalios. "Det faktum at sandet har disse mange forskellige frihedsgrader, og det kan sprede energi ud gør det nemt, det er en meget god støddæmper."

Så betyder det at vi skulle have skjolde lavet af … sand?

Ikke nøjagtigt. Men det giver os ideen om de egenskaber, vi måtte se i atom- eller partikelstrukturer af et materiale for at gøre det til en levedygtig erstatning.

Kevlar er et indlysende udgangspunkt. Kevlar er lavet af organiske molekyler med lang kæde, og er måske mest bemærkelsesværdige til brug i kuglebeskyttende veste.

"Hvad sker der, at disse langkædede molekyler på grund af de unikke aspekter af deres kemi låses på plads for at danne meget stive strukturer," siger Kakalios.

Kakalios forklarer hvad angår metaller som bly og stål.

"Stål, bly, sådanne ting har en vis modstand mod kugle, fordi de involverede atomer er meget store og tunge, og det kræver derfor meget energi at flytte dem," siger Kakalios. "Kevlar bruger letvægtsatomer, men på grund af enestående unikke kemi og den måde, de alle sammen låses sammen i en meget stiv struktur, er det meget svært at bryde disse obligationer og få atomerne til at bevæge sig ud af vejen."

Endnu stærkere end Kevlar er grafen, som består af bundne carbonatomer. Super tynd og i stand til at være mere kuglebeskyttet end stål, når den er lagdelt, er grafen kraftfulde ting. Det er rigtigt, og det er også en del af tegneserier.

Sidste år skrev Kakalios en artikel til WIRED hedder The Magic Bulletproof Materiale, der gjorde Iron Man Give Up Iron. Det materiale? Graphene, selvfølgelig.

Selvom vi ikke ligefrem laver store ark af grafen til Vibranium-lignende formål endnu, er det måske den nærmeste ting, vi har til rigtige Vibranium.

"Fordi alle obligationerne er super stærke inden for grafenes plan … så er det meget svært at bryde dem," siger Kakalios.

Det andet standout-element? Hastigheden af ​​lyd i grafen er super hurtig i forhold til andre materialer.

"Så det betyder, at når du kommer ind i en vis kinetisk energi fra noget påvirket projektil," siger Kakalios, "at energi får kulstofatomerne til at vibrere, men fordi lydens hastighed er så hurtig, spredes vibrationsenergien meget hurtigt over planetens plan, og energien bliver derefter fortyndet, så det har ingen chance for at sidde stille og bryde de kemiske bindinger, der holder kulstofatomerne sammen, og hvis det ikke kan bryde bindene, så kommer kuglen ikke igennem materiale."

Hvad betyder det for vores IRL Captain America Shield? Det er svært at sige, men graphene præsenterer nogle interessante muligheder. På samme måde som maskinkomponenter og boringer er diamantbelagte, Kakalios muses, at en grafenbelægning kan vise sig en potentielt signifikant rynke.

"Jeg ville ikke forudsige, at alt hvad du behøvede at gøre, var, var på et stålskærm med grafen, og du har Caps skjold," siger Kakalios, "men det ville være en vejen værd at forfølge."

Lad os ikke stoppe der - grafen er nok det bedste materiale, vi har til en virkelige verden af ​​Vibranium … for nu. Men der er mennesker, der arbejder på nanokompositstrukturer og udvikler materialer, der bruger nanopartikler, der virker som sandet fra det bowlingkugle-drop-out-of-the-window eksempel.

"Hvad folk laver, er at skabe strukturer, der har andre små nanopartikler indenfor dem, og når energien kommer ind fra en slags eksplosion eller en slags kollision, bliver energien spredt ud over nanopartiklerne," siger Kakalios. "De kan sprede energien ud over mange mange atomer, så ingen atom må bære al den byrde, så du ikke bryder nogen kemiske bindinger eller skaber nogen revner."

De mulige anvendelser af materialer som disse? Bedre rustning, for eksempel. Det lyder som om det er lige ud af tegneserier, ikke?

"Det absorberer kuglens energi og spredes det hurtigt ud. Det omdanner ikke energien til lysets fotoner, men det breder det ud over mange frihedsgrader, så at ingen atom lider en katastrofal pause."

Selvom vi ikke er helt på scenen med SSR-emnet Vibranium-skjold, har materialer lige som udvikling af nanokomposit teknologi, kevlar og graphene givet os nogle af de egenskaber, vi ser i Vibranium uden hjælp af udenjordiske meteoritter. Sikker på, Vibranium's fiktive, men nogle af dens egenskaber kan findes i den virkelige verden, og det er temmelig utroligt.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den 20. maj 2016, og den er blevet opdateret med nye oplysninger.