Black Panther: Was ist das nächstgelegene reale Material zu Vibranium?

Vibranium ist etwas sehr Nützliches. Ein fiktionales Erz aus Marvel-Comics, das von der afrikanischen Nation Wakanda über einen Meteoriten stammt, die von Vibranium in Captain America's Shield verwendet werden, Dolche und natürlich Panther Habit, die den Anzug von Black Panther bilden.

Es existiert nicht in unserer Welt, aber wir wollten wissen, welche Materialien das sind tun In unserer Welt existieren möglicherweise alle oder einige der Eigenschaften von Vibranium. Wir haben uns natürlich an Professor James Kakalios, Autor von Die Physik der Superhelden um uns zu helfen.

"Es hat die Eigenschaft, alle Vibrationen zu absorbieren", sagt Kakalios. "Wenn Sie also schlagen, nimmt es die Energie auf und tut vermutlich etwas damit."

Kakalios weist auf eine sehr wichtige Sache hin, die wir für die Zwecke dieser Diskussion beachten müssen, und dies ist das Gesetz der Energieerhaltung: Energie kann nicht erzeugt oder zerstört werden.

Vor diesem Hintergrund werden wir Vibranium vor allem im Zusammenhang mit Cap's Shield untersuchen, einer Stahl-Vibranium-Legierung. Stahl macht den Schild steif und steif - ideal, um schweren Schlägen standzuhalten und beim Werfen Schaden zu verursachen -, aber der Vibranium verhindert, dass die Wucht der besagten schweren Schläge auf Cap übertragen wird. Die Materialien arbeiten zusammen, so dass sich Captain America mit dem Schild schützen und als Waffe einsetzen kann.

Ein Schlüsselelement von Vibranium ist die Art und Weise, wie Vibrationen absorbiert werden. Wenn wir wissen, was wir mit dem Energieerhaltungssatz tun, muss diese Schwingungsenergie irgendwo hingehen. Also würde es passieren?

Kakalios zeigt auf eine bestimmte Szene in Die Rächer in dem Thors Hammer Mjolnir auf Caps Schild trifft und einen hellen Lichtblitz erzeugt. Warum ist das wichtig?

Denn es spricht für die Möglichkeit der Umwandlung von Energie von Schwingung in Licht.

"Wenn wir irgendwie das ganze Schütteln der Atome, die Schwingungen der Atome, diese Druckwellen, die durch die von der Abschirmung absorbierte Energie ausgelöst werden, drehen und sie in Licht umwandeln können, in Photonen der Energie" Kakalios sagt: "Das würde immer noch den Regeln der Energieerhaltung genügen und es wäre ein wirksames Mittel, um die Vibrationen zu absorbieren, um eine echte Art von Vibranium zu erzeugen."

Das führt uns zu unserer großen Frage in diesem Gespräch: Ist das möglich?

Total. Das Phänomen wird als "Sonolumineszenz" bezeichnet und ist sehr real. Der folgende Clip demonstriert die Sonolumineszenz, indem Schallwellen durch eine Blase in einem Flüssigkeitsbehälter geleitet werden, wodurch sich die Blase ausdehnt und anschließend zusammenbricht. Wenn es zusammenbricht, stürzen die Dampfmoleküle in der Blase zusammen und geben Wärme ab - und Sie ahnen es - Licht. Ein helles, blaues Licht.

Wir können das nicht genau für ein Schild verwenden, aber die Theorie ist (im wahrsten Sinne des Wortes) solide und es ist verdammt erstaunlich. Wo bleibt uns das als Material?

Um das Verhalten von etwas wie Vibranium zu veranschaulichen, spricht Kakalios davon, eine Bowlingkugel aus einem Fenster fallen zu lassen. Wenn Sie die Bowlingkugel auf das Pflaster fallen lassen, bekommen Sie einen Riss. Wenn Sie es auf Sand fallen lassen, bekommen Sie einen Krater. Warum?

"Da der Sand aus diesen Körnern besteht, die sich frei bewegen können, verteilt sich die Energie der fallenden Bowlingkugel schnell auf viele, viele Sandkörner", sagt Kakalios. "Die Tatsache, dass der Sand so viele unterschiedliche Freiheitsgrade hat und die Energie leicht verteilt werden kann, macht ihn zu einem sehr guten Stoßdämpfer."

Bedeutet das, dass wir Schilde aus… Sand haben sollten?

Nicht genau. Es vermittelt uns jedoch die Vorstellung von den Eigenschaften, die wir in den Atom- oder Partikelstrukturen eines Materials sehen müssen, um es zu einem brauchbaren Ersatz zu machen.

Kevlar ist ein naheliegender Ausgangspunkt. Kevlar besteht aus langkettigen organischen Molekülen und ist möglicherweise für seine Verwendung in kugelsicheren Westen am bemerkenswertesten.

„Was passiert, ist, dass diese langkettigen Moleküle aufgrund ihrer einzigartigen chemischen Eigenschaften fest miteinander verbunden sind und sehr starre Strukturen bilden“, sagt Kakalios.

Kakalios erklärt in Bezug auf Metalle wie Blei und Stahl.

"Stahl, Blei, solche Dinge haben einen gewissen Widerstand gegen Geschosse, weil die beteiligten Atome sehr groß und schwer sind und es daher sehr viel Energie kostet, sie zu bewegen", sagt Kakalios. "Kevlar verwendet leichtere Atome, aber aufgrund der einzigartigen Chemie und der Art und Weise, wie sie alle in einer sehr festen Struktur miteinander verbunden sind, ist es sehr schwer, diese Bindungen zu lösen und die Atome aus dem Weg zu räumen."

Noch stärker als Kevlar ist Graphen, das aus gebundenen Kohlenstoffatomen besteht. Superdünn und kugelsicherer als Stahl, wenn geschichtet, ist Graphen mächtig. Es ist echt und es ist auch ein Teil von Comic-Büchern.

Letztes Jahr schrieb Kakalios einen Artikel für VERDRAHTET namens Das magische kugelsichere Material, das Iron Man Eisen aufgeben ließ. Das Material? Natürlich Graphen.

Obwohl wir noch nicht gerade große Platten aus Graphen für Vibranium-ähnliche Zwecke herstellen, ist es vielleicht das, was wir echtem Vibranium am nächsten kommen.

"Weil alle Bindungen innerhalb der Ebene von Graphen super stark sind … ist es sehr schwer, sie zu lösen", sagt Kakalios.

Das andere herausragende Element? Die Schallgeschwindigkeit in Graphen ist im Vergleich zu anderen Materialien superschnell.

"Das heißt also, wenn man mit etwas kinetischer Energie von einem auftreffenden Projektil kommt", sagt Kakalios, "diese Energie bringt die Kohlenstoffatome in Schwingung, aber da die Schallgeschwindigkeit so schnell ist, verteilt sich die Schwingungsenergie sehr schnell über das Die Ebene des Graphens und die Energie werden dann verdünnt, und so hat sie keine Chance, still zu sitzen und die chemischen Bindungen aufzubrechen, die die Kohlenstoffatome zusammenhalten, und wenn sie die Bindungen nicht brechen kann, kommt die Kugel nicht durch Material."

Was bedeutet das für unseren IRL Captain America Shield? Es ist schwer zu sagen, aber Graphen bietet einige interessante Möglichkeiten. Auf dieselbe Weise, wie Maschinenkomponenten und Bohrer mit Diamant beschichtet sind, weist Kakalios darauf hin, dass eine Graphenbeschichtung eine potenziell erhebliche Faltenbildung hervorrufen kann.

"Ich würde nicht vorhersagen wollen, dass Sie nur einen Stahlschild mit Graphen beschichten mussten, und Sie haben Caps Schild erhalten", sagt Kakalios, "aber es wäre eine Möglichkeit, die es zu verfolgen gilt."

Lassen Sie uns jedoch nicht aufhören - Graphen ist wahrscheinlich das beste Material, das wir für ein reales Äquivalent von Vibranium haben… im Moment. Es gibt jedoch Leute, die an Nanoverbundstrukturen arbeiten und Materialien entwickeln, die Nanopartikel verwenden, die wie der Sand vom Bowling-Ball-Drop-out-of-the-Window-Beispiel wirken.

„Die Menschen schaffen Strukturen, die andere kleine Nanopartikel enthalten, und wenn die Energie von einer Art Explosion oder einer Art Kollision kommt, verteilt sich die Energie auf die Nanopartikel“, sagt Kakalios. "Sie können die Energie über viele Atome verteilen, so dass kein Atom all diese Last tragen muss und Sie keine chemischen Bindungen aufbrechen oder Risse bilden."

Die möglichen Anwendungen solcher Materialien? Bessere Rüstung zum Beispiel. Klingt wie aus Comic-Büchern, oder?

„Es absorbiert die Energie des Balls und verteilt ihn schnell. Es wandelt die Energie nicht in Photonen des Lichts um, sondern verteilt sie über viele Freiheitsgrade, so dass kein Atom einen katastrophalen Bruch erleidet."

Während sich Vibranium-Schilde noch nicht in der Phase der SSR-Problematik befinden, geben uns Materialien wie die Entwicklung der Nanocomposite-Technologie, Kevlar und Graphen einige der Eigenschaften, die wir in Vibranium ohne die Hilfe von außerirdischen Meteoriten sehen. Sicher, Vibranium ist fiktional, aber einige seiner Eigenschaften können in der realen Welt gefunden werden, und das ist ziemlich unglaublich.

Dieser Artikel wurde ursprünglich am 20. Mai 2016 veröffentlicht und mit neuen Informationen aktualisiert.