Black Panther: Apakah Bahan Sebenar Dunia yang Paling Sempurna untuk Vibranium?

Vibranium adalah beberapa perkara yang sangat berguna. Satu bijih fiksyen dari komik Marvel yang berasal dari negara Afrika Wakanda dengan meteorit, Vibranium yang digunakan dalam Perisai Kapten Amerika, belati, dan, tentu saja, Panther Habit, yang merupakan lapisan sut Black Panther.

Ia tidak wujud di dunia kita, tetapi kita mahu mengetahui bahan-bahan yang mana buat wujud di dunia kita mungkin mempunyai semua atau beberapa sifat Vibranium. Jadi, sudah tentu, kami sampai kepada Profesor James Kakalios, penulis The Physics of Superheroes, untuk membantu kami.

"Ia mempunyai sifat menyerap semua getaran," kata Kakalios. "Jadi jika anda menyerang, ia menyerap tenaga dan, mungkin, melakukan sesuatu dengannya."

Kakalios menunjukkan satu perkara penting yang perlu kita ingat untuk tujuan perbincangan ini, dan itulah undang-undang pemuliharaan tenaga: tenaga tidak boleh dicipta atau dimusnahkan.

Dengan itu, kami akan memeriksa Vibranium sebahagian besarnya dalam konteks perisai Cap, yang sebenarnya adalah aloi keluli-Vibranium. Keluli membuat perisai sengit dan tegar - bagus untuk berdiri sehingga pukulan berat dan menyebabkan kerosakan apabila dibuang - tetapi Vibranium menyimpan daya dari pukulan berat dari memindahkan ke Cap. Bahan-bahan bekerja sama, membolehkan Kapten Amerika melindungi dirinya dengan perisai dan menggunakannya sebagai senjata.

Elemen utama Vibranium ialah cara menyerap getaran. Mengetahui apa yang kita lakukan mengenai undang-undang pemuliharaan tenaga, bahawa tenaga getaran mesti pergi ke suatu tempat. Jadi akan berlaku?

Kakalios menunjuk kepada adegan tertentu dalam The Avengers di mana tukul Thor, Mjolnir, merasakan perisai Cap dan menghasilkan cahaya terang. Kenapa ini penting?

Kerana ia bercakap dengan kemungkinan penukaran tenaga dari getaran ke cahaya.

"Sekiranya entah bagaimana kita boleh mengubah semua gegaran atom, getaran atom, gelombang tekanan yang dimatikan akibat letupan tenaga yang perisai menyerap, dan mengubahnya menjadi cahaya, menjadi foton tenaga," kata Kakalios, "itu akan tetap memenuhi peraturan pemuliharaan tenaga dan ia akan menjadi cara yang berkesan untuk menyerap getaran, menjadikan jenis vibranium yang sebenar."

Itu membawa kita kepada soalan besar dalam perbualan ini: Adakah itu mungkin?

Secara keseluruhannya. Fenomena ini dipanggil "sonoluminescence" dan ia sangat nyata. Klip di bawah menunjukkan sonoluminescence dengan melewati gelombang bunyi melalui gelembung dalam bekas cecair, menyebabkan gelembung berkembang dan kemudian runtuh. Apabila ia runtuh, molekul wap di gelembung bergegas bersama-sama dan melepaskan haba dan - anda meneka - cahaya. Cahaya biru terang.

Kita tidak boleh meletakkan ini untuk digunakan pada perisai, tetapi teori itu adalah bunyi (secara harfiah) dan ia sungguh menakjubkan. Di mana ia meninggalkan kita untuk bahan-bahan?

Untuk menggambarkan tingkah laku sesuatu seperti Vibranium, Kakalios bercakap tentang menjatuhkan bola boling keluar dari tingkap. Sekiranya anda menjatuhkan bola bowling pada trotoar, anda akan mendapat retak. Jika anda menjatuhkannya di atas pasir, walaupun, anda mendapat kawah. Mengapa?

"Oleh kerana pasir, yang terdiri daripada biji-bijian yang bebas bergerak, tenaga bola bowling jatuh cepat tersebar di banyak, banyak butir pasir," kata Kakalios. "Hakikat bahawa pasir mempunyai banyak darjah kebebasan yang berbeza dan ia dapat menyebarkan tenaga dengan mudah menjadikannya penyerap kejutan yang sangat baik."

Jadi apakah itu bermakna kita harus mempunyai perisai yang terbuat dari … pasir?

Tidak tepat. Tetapi ia memberikan kita idea tentang sifat yang kita perlu lihat dalam struktur atom atau zarah sesuatu bahan untuk menjadikannya pengganti yang berdaya maju.

Kevlar adalah titik permulaan yang jelas. Diperbuat daripada molekul organik rantaian panjang, Kevlar mungkin paling ketara untuk digunakan dalam jaket peluru peluru.

"Apa yang berlaku ialah molekul rantaian panjang ini, kerana aspek unik kimia mereka, mereka mengunci tempat untuk membentuk struktur yang sangat tegar," kata Kakalios.

Kakalios menerangkan dari segi logam seperti plumbum dan keluli.

"Keluli, plumbum, perkara seperti itu mempunyai tentangan tertentu terhadap peluru kerana atom yang terlibat sangat besar dan berat dan oleh itu memerlukan banyak tenaga untuk memindahkannya," kata Kakalios. "Kevlar menggunakan atom ringan, tetapi kerana beberapa kimia unik dan cara mereka semua terkunci bersama dalam struktur yang sangat tegar, sangat sukar untuk memecahkan bon-bon tersebut dan untuk mendapatkan atom-atom itu keluar."

Lebih kuat daripada Kevlar adalah graphene, yang terdiri daripada atom karbon terikat. Super nipis dan mampu menjadi lebih peluru-bukti daripada keluli apabila berlapis, graphene adalah barangan yang kuat. Ia benar, dan ia adalah sebahagian daripada buku-buku komik juga.

Tahun lepas, Kakalios menulis artikel untuk WIRED dipanggil Bahan Peluru Ajaib Yang Membuat Iron Man Berikan Besi. Bahan itu? Graphene, tentu saja.

Walaupun kita tidak betul-betul membuat grafik besar untuk tujuan seperti Vibranium, ini mungkin perkara yang paling dekat dengan Vibranium sebenar.

"Kerana semua bon sangat kuat dalam bidang graphene … jadi sangat sukar untuk memecahkan mereka," kata Kakalios.

Unsur penentangan yang lain? Kelajuan bunyi dalam graphene sangat cepat berbanding dengan bahan lain.

"Ini bermakna apabila anda masuk dengan beberapa tenaga kinetik dari beberapa projektil yang memberi kesan," kata Kakalios, "tenaga itu mendapat atom karbon yang bergetar, tetapi kerana kelajuan bunyi sangat cepat, tenaga getaran menjadi sangat cepat menyebar satah graphene dan tenaga kemudian dicairkan dan oleh itu ia tidak mempunyai peluang untuk duduk diam dan memecahkan ikatan kimia memegang atom-atom karbon bersama-sama, dan jika ia tidak dapat memecahkan ikatan, maka peluru itu tidak dapat melalui bahan."

Apakah yang dimaksudkan untuk Kapten Amerika Perisai IRL kami? Sukar untuk mengatakan, tetapi graphene membentangkan beberapa kemungkinan yang menarik. Cara yang sama bahawa komponen mesin dan gerudi bit bersalut berlian, Kakalios merasakan bahawa lapisan graphene dapat membuktikan kedutan yang berpotensi signifikan.

"Saya tidak mahu meramalkan bahawa semua yang perlu anda lakukan ialah melindungi perisai keluli dengan graphene dan anda mempunyai perisai Cap," kata Kakalios, "tetapi ia akan menjadi satu cara yang perlu dilakukan."

Mari kita tidak berhenti di sana, walaupun - graphene mungkin bahan terbaik yang kita ada untuk bersamaan dengan dunia Vibranium … buat masa ini. Tetapi ada orang yang bekerja pada struktur nanokomposit dan membangun bahan yang menggunakan nanopartikel yang bertindak seperti pasir dari contoh bowling-drop-out-of-the-window.

"Apa yang dilakukan orang adalah mewujudkan struktur yang mempunyai nanopartikel kecil yang lain di dalamnya, dan apabila tenaga itu datang daripada semacam letupan atau sejenis perlanggaran, tenaga akan tersebar di atas nanopartikel," kata Kakalios. "Mereka boleh menyebarkan tenaga ke atas banyak atom supaya tidak ada satu atom yang harus menanggung semua beban itu dan supaya anda tidak memecahkan sebarang ikatan kimia atau membuat sebarang keretakan."

Permohonan mungkin bahan seperti ini? Perisai yang lebih baik, sebagai contoh. Bunyi seperti itu langsung dari buku-buku komik, bukan?

"Ia menyerap tenaga bola dan dengan cepat menyebarkannya. Ia tidak menukarkan tenaga ke dalam foton cahaya, tetapi ia menyebarkan lebih banyak darjah kebebasan supaya tidak ada satu atom yang mengalami rehat bencana."

Walaupun kita tidak cukup pada peringkat perisai SSR yang mengeluarkan perisai Vibranium, namun bahan-bahan seperti teknologi nanocomposite, kevlar dan graphene menghasilkan beberapa sifat yang kita lihat di Vibranium tanpa bantuan meteorit luar angkasa. Pasti, fiksyen Vibranium, tetapi beberapa sifatnya boleh boleh didapati di dunia nyata, dan itu sangat luar biasa.

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada 20 Mei 2016, dan ia telah dikemas kini dengan maklumat baru.