Чорна пантера: який близький до реального світу матеріал до вібранію?

Вібраніум - це серйозно корисний матеріал. Вигадана руда з коміксів Marvel, що походить від африканської нації Ваканда шляхом метеорита, Vibranium використовується в щиті Капітан Америка, кинджали, і, звичайно, Panther Habit, який є підкладкою костюма Чорної пантери.

Це не існує в нашому світі, але ми хотіли знати, які матеріали це робити існують у нашому світі можуть мати всі або деякі властивості Vibranium. Так, звичайно, ми звернулися до професора Джеймса Какаліоса, автора Фізика супергероїв, щоб допомогти нам.

"Він має властивість поглинати всі вібрації", говорить Какаліос. "Тому, якщо ви вразили його, вона поглинає енергію і, мабуть, щось робить з нею".

Какаліос вказує на одну дуже важливу річ, яку ми повинні пам'ятати для цілей цієї дискусії, і що це закон збереження енергії: енергія не може бути створена або знищена.

Маючи це на увазі, ми збираємося вивчити Vibranium в значній мірі в контексті щита Капа, який є насправді сталево-вібранієвим сплавом. Сталь робить щит жорстким і жорстким - відмінно підходить до важких ударів і завдаючи шкоди при викиданні - але Vibranium зберігає силу від тих важких ударів від передачі до Cap. Матеріали працюють в тандемі, дозволяючи капітан Америці захищати себе щитом і використовувати його як зброю.

Ключовим елементом Vibranium є спосіб, яким він поглинає вібрацію. Знаючи, що ми робимо з законом збереження енергії, що коливальна енергія має піти кудись. Так було б і з ним?

Какаліос вказує на певну сцену Месники в якому молоток Тора, Мйолнір, потрапляє в щит Кап і призводить до яскравого спалаху світла. Чому це важливо?

Тому що це говорить про можливість перетворення енергії з вібрації на світло.

"Якби ми якось могли перевернути все струшування атомів, вібрацію атомів, ці хвилі тиску, що виникають завдяки енергетичному вибуху, що щит поглинав, і перетворював його в світло, в фотони енергії" Какаліос каже, що "все одно буде задовольняти правила збереження енергії, і це буде ефективним способом поглинання вібрацій, створення реального типу вібрації".

Це веде нас до нашого великого питання в цій розмові: чи можливо це?

Повністю. Це явище називається "сонолюминесценцией", і це дуже реально. Кліп нижче демонструє сонолюминесценцию, пропускаючи звукові хвилі через міхур в контейнері з рідиною, викликаючи розширення міхура і згодом руйнування. Коли воно згортається, молекули пари в міхурі спливаються разом і виділяють тепло і - як ви вже здогадалися - світло. Яскраве, синє світло.

Ми не можемо точно використати це на щиті, але теорія звучить (буквально), і це досить дивно. Де це залишає нам матеріали?

Щоб проілюструвати поведінку щось на зразок Vibranium, Какаліос говорить про те, як викинути кулю для боулінгу з вікна. Якщо ви скинете кулю для боулінгу на тротуар, ви отримаєте тріщину. Якщо ви його скинете на пісок, ви отримаєте кратер. Чому?

"Оскільки пісок, що складається з цих зерен, які вільно рухаються, енергія падаючого кулі для боулінгу швидко поширюється на багато, багато піщинок", говорить Какаліос. "Той факт, що пісок володіє багатьма різними ступенями свободи і може легко поширювати енергію, робить його дуже хорошим амортизатором".

Чи означає це, що ми повинні мати щити з… піску?

Не зовсім. Але це дає нам уявлення про властивості, які ми повинні бачити в атомарних або частинних структурах матеріалу, щоб зробити його життєздатною заміною.

Кевлар є очевидною відправною точкою. Виготовлений з довголанцюгових органічних молекул, кевлар є, мабуть, найбільш помітним для використання в бронежилетах.

"Те, що відбувається, полягає в тому, що ці довголанцюгові молекули, завдяки унікальним аспектам їхньої хімії, замикаються на місце для формування дуже жорстких структур", - говорить Какаліос.

Какаліос пояснює з точки зору металів, як свинець і сталь.

"Сталь, свинець, подібні речі мають певну стійкість до кулі, тому що задіяні атоми дуже великі і важкі, і тому потрібно багато енергії, щоб перемістити їх", - каже Какаліос. "Кевлар використовує більш легкий атом, але через унікальну хімію і спосіб, в якому всі вони замкнуті в дуже жорсткій структурі, дуже важко розірвати ці зв'язки і змусити атоми вийти з дороги".

Навіть сильніше, ніж кевлар, є графен, який складається з пов'язаних атомів вуглецю. Супер тонкий і здатний бути більш шаростійким, ніж сталь при наплавленні, графен - потужна речовина. Це реально, і це також частина коміксів.

У минулому році Какаліос написав статтю WIRED називається Магічний куленепробивний матеріал, який зробив залізну людину відмовою від заліза. Цей матеріал? Графен, звичайно.

Хоча ми ще зовсім не робимо великих аркушів графена для цілей, подібних до Vibranium, це, мабуть, найбільш близьке, що ми маємо до справжнього Vibranium.

"Тому що всі зв'язки супер сильні в площині графена … так що дуже важко їх зламати", говорить Какаліос.

Інший видатний елемент? Швидкість звуку в графені дуже швидка в порівнянні з іншими матеріалами.

"Отже, це означає, що коли ви потрапляєте з деякою кінетичною енергією від якого-небудь ударного снаряда", говорить Какаліос, "ця енергія вібрує вуглецеві атоми, але через те, що швидкість звуку настільки швидка, енергія вібрації поширюється дуже швидко площина графена і енергія потім розбавляються, і тому вона не має можливості сидіти на місці і розривати хімічні зв'язки, що містять атоми вуглецю разом, і якщо вона не може розірвати зв'язки, то куля не проходить через матеріалу."

Що це означає для нашого IRL Captain America Shield? Важко сказати, але графен представляє деякі цікаві можливості. Так само, як деталі машин і свердла мають алмазне покриття, Какаліос музує, що покриття з графеном може виявитися потенційно значним зморщиком.

"Я не хотів би передбачати, що все, що вам потрібно, - це покрити сталевий щит графеном, і у вас є щит Капа", - говорить Какаліос, - але це буде одна з переваг.

Хай не зупинятися на цьому, хоча - графен, мабуть, найкращий матеріал, який ми маємо для реального еквівалента Vibranium… на даний момент. Але є люди, які працюють над нанокомпозитними структурами і розробляють матеріали, які використовують наночастинки, які діють, як пісок, з прикладу з боулінг-м'яча.

«Те, що люди роблять, створює в них структури, які мають інші маленькі наночастинки, і коли енергія потрапляє з якогось вибуху або якогось зіткнення, енергія поширюється над наночастинками», - говорить Какаліос. "Вони можуть поширювати енергію на багато багато атомів, так що жоден атом не повинен нести весь цей тягар і, отже, ви не порушуєте ніяких хімічних зв'язків і не створюєте ніяких тріщин".

Можливі застосування таких матеріалів? Наприклад, краще обладунки. Схоже, що це прямо з коміксів, чи не так?

«Він поглинає енергію м'яча і швидко розносить його. Вона не перетворює енергію на фотони світла, але розширює її надвеликі ступені свободи, щоб жоден атом не зазнав катастрофічного розриву.

Хоча поки що ми не зовсім на стадії виброізоляційного випромінювання з ССР, матеріали, такі як розробка нанокомпозитної технології, кевлар і графен, дають нам деякі властивості, які ми бачимо у вібрані без допомоги позаземних метеоритів. Звичайно, вигаданий вибій, але деякі його властивості може можна знайти в реальному світі, і це досить неймовірно.

Ця стаття була опублікована 20 травня 2016 року і оновлена ​​новим.