Pantera Negra: Quin és el material del món real més proper al vibrani?

El vibranium és una cosa molt útil. Un mineral de ficció dels còmics de Marvel que prové de la nació africana de Wakanda a través d’un meteorit, el Vibranium s’utilitza al Captain America’s Shield, punyalades i, per descomptat, Panther Habit, que és el revestiment del vestit de Black Panther.

No existeix al nostre món, però volíem saber quins materials això fer-ho existeixen al nostre món, poden tenir totes o algunes de les propietats del vibranium. Per tant, per descomptat, vam arribar al professor James Kakalios, autor de La física dels superherois, per ajudar-nos.

"Té la propietat d'absorbir totes les vibracions", diu Kakalios. "Així que si ho feu, absorbeix l'energia i, suposadament, fa alguna cosa amb ella".

Kakalios assenyala una cosa molt important que hem de recordar per als propòsits d'aquesta discussió, i això és la llei de conservació de l'energia: l'energia no es pot crear ni destruir.

Tenint això en compte, examinarem el Vibranium en gran mesura en el context de l’escut de Cap, que en realitat és un aliatge d’acer-vibrani. L’acer fa que l’escut sigui rígid i rígid: és ideal per mantenir forts cops i per provocar danys quan es llança, però el Vibranium manté la força dels dits cops pesants de transferir-se al cap. Els materials funcionen en tàndem, permetent al Capità Amèrica protegir-se de l'escut i utilitzar-lo com a arma.

Un element clau del Vibranium és la forma en què absorbeix les vibracions. Sabent què fem de la llei de conservació de l’energia, l’energia de vibració ha d’anar en algun lloc. Així ho passaria?

Kakalios assenyala una escena específica a Els venjadors en el qual el martell de Thor, Mjolnir, colpeja l'escut de Cap i provoca un intens llampec de llum. Per què és significatiu?

Perquè parla de la possibilitat de la conversió de l'energia de la vibració a la llum.

"Si d'alguna manera podríem activar tot el tremolor dels àtoms, la vibració dels àtoms, aquestes ones de pressió que es desencadenen a causa de l’explosió d’energia que l’escut absorbeix i el converteixen en llum, en fotons d’energia" diu Kakalios, "que encara satisfaria les normes de conservació de l'energia i seria una manera eficaç d'absorbir les vibracions, de fer un veritable tipus de vibranium".

Això ens porta a la nostra gran pregunta en aquesta conversa: és possible?

Totalment. El fenomen es denomina “sonoluminescència” i és molt real. El següent clip mostra la sonoluminescència passant les ones sonores a través d’una bombolla en un recipient líquid, cosa que fa que la bombolla s’expandeixi i es col·lapse posteriorment. Quan es col·lapsa, les molècules de vapor a la bombolla es precipiten juntes i desprenen calor i - ho has endevinat - llum. Una llum blava brillant.

No podem utilitzar això exactament en un escut, però la teoria és sòlida (literalment) i és bastant sorprenent. On ens deixen materials?

Per il·lustrar el comportament d'alguna cosa com el Vibranium, Kakalios parla de deixar caure una bola de bitlles en una finestra. Si deixeu anar la bola de bitlles a la vorera, obtindreu una esquerda. Si ho deixeu anar a la sorra, però, obtindreu un cràter. Per què?

"Com que la sorra, formada per aquests grans que són lliures de moure's, l'energia de la bola de bitlles caiguda s'estén ràpidament a molts grans de sorra", diu Kakalios. "El fet que la sorra tingui aquests molts graus de llibertat diferents i que pugui difondre l'energia ho converteix en un amortidor molt bo".

Això vol dir que hauríem de tenir escuts fets de … sorra?

No exactament. Però ens dóna la idea de les propietats que hauríem de veure a les estructures atòmiques o de partícules d’un material per tal de convertir-lo en un substitut viable.

Kevlar és un punt de partida evident. Fabricat amb molècules orgàniques de cadena llarga, Kevlar és potser el més notable pel seu ús en armilles anti-bales.

"El que passa és que aquestes molècules de cadena llarga, a causa dels aspectes únics de la seva química, es col·loquen al seu lloc per formar estructures molt rígides", diu Kakalios.

Kakalios explica en termes de metalls com el plom i l'acer.

"Acer, plom, coses com aquesta tenen una certa resistència a la bala perquè els àtoms implicats són molt grans i pesats i, per tant, es necessita molta energia per moure'ls", diu Kakalios. "Kevlar utilitza un àtom més lleuger, però a causa d’una química única i de la forma en què s’emmagatzemen tots en una estructura molt rígida, és molt difícil trencar aquests enllaços i aconseguir que els àtoms es moguin del camí".

Fins i tot més fort que el Kevlar és el grafè, que està format per àtoms de carboni units. Super prim i capaç de ser més resistent a les bales que l'acer en capes, el grafè és una cosa poderosa. És real, i també és part dels còmics.

L'any passat, Kakalios va escriure un article per a CABLEAT anomenat El material a prova de bales màgic que va fer Iron Man renunciar al ferro. Aquest material? Grafè, és clar.

Tot i que encara no estem fent fulls grans de grafè per a propòsits de tipus vibrani, és potser el que més ens sembla al Vibranium real.

"Perquè tots els enllaços són super forts dins del pla del grafè … així que és molt difícil trencar-los", diu Kakalios.

L’altre element destacat? La velocitat del so en el grafè és super ràpid en comparació amb altres materials.

"Això vol dir que quan arribeu amb alguna energia cinètica d'algun projectil impactant", diu Kakalios, "aquesta energia fa vibrar els àtoms de carboni, però com que la velocitat del so és tan ràpida, l'energia de vibració s'estén molt ràpid a la el pla del grafè i l’energia es dilueixen i, per tant, no té la possibilitat de quedar-se quiet i trencar els enllaços químics que mantenen els àtoms de carboni junts, i si no pot trencar els lligams, la bala no passa a través de la material ”.

Què significa això per al nostre IRL Captain America Shield? És difícil dir, però el grafeno presenta algunes possibilitats interessants. De la mateixa manera que els components de la màquina i les broques estan recoberts de diamants, Kakalios reflexiona que un revestiment de grafè pot resultar una arruga potencialment significativa.

"No voldria preveure que tot el que necessitava fer era recobrir un escut d’acer amb grafè i teniu l’escut de Cap", diu Kakalios, "però seria una via que mereix la pena seguir".

No deixem allà, però, el grafè és probablement el millor material que tenim per a un equivalent al món real del Vibranium … de moment. Però hi ha persones que treballen en estructures de nanocompostos i desenvolupen materials que utilitzen nanopartícules que actuen com la sorra de l'exemple de la bola de caiguda de bitlles-fora de la finestra.

"El que la gent està fent és crear estructures que tinguin altres nanopartícules petites, i quan l'energia provingui d'algun tipus d'explosió o d'algun tipus de col·lisió, l'energia s'estén a les nanopartícules", diu Kakalios. "Poden estendre l’energia a molts àtoms de manera que cap àtom hagi de suportar tota aquesta càrrega i, per tant, no trenqueu cap enllaç químic ni crea cap esquerra".

Les possibles aplicacions de materials com aquests? Per exemple, una millor armadura. Sembla que està sortit de còmics, no?

"Absorbeix l'energia de la pilota i la desplega ràpidament. No converteix l’energia en fotons de llum, sinó que l’extén a uns quants graus de llibertat superiors, de manera que cap àtom no pateixi una ruptura catastròfica ".

Tot i que encara no ens trobem a l’escenari d’escuts de vibrani amb problemes de SSR, els materials com el desenvolupament de tecnologia nanocomposada, el kevlar i el grafè ens ofereixen algunes de les propietats que veiem a Vibranium sense l’ajuda de meteorits extraterrestres. És clar, la seva ficció, però algunes de les seves propietats llauna es pot trobar al món real, i això és bastant increïble.

Aquest article es va publicar originalment el 20 de maig de 2016 i s'ha actualitzat amb informació nova.