Svart Panther: Vad är det närmaste verkliga materialet till Vibranium?

Vibranium är några allvarligt användbara saker. En fiktiv malm från Marvel-serier som kommer från den afrikanska nationen Wakanda genom en meteorit, Vibranium används i Captain America's Shield, daggers och, naturligtvis, Panther Habit, som är fodret av Black Panther's suit.

Det finns inte i vår värld, men vi ville veta vilka material som do finns i vår värld kan ha alla eller några av egenskaperna hos Vibranium. Så, naturligtvis, vi nått ut till professor James Kakalios, författare till Superheroes fysik, för att hjälpa oss.

"Det har förmågan att absorbera alla vibrationer", säger Kakalios. "Så om du slår den, absorberar den energin och förmodligen gör något med det."

Kakalios påpekar en mycket viktig sak som vi måste komma ihåg för denna diskussion, och det är lagens energibesparande: energi kan inte skapas eller förstöras.

Med det i åtanke ska vi undersöka Vibranium i stor utsträckning i samband med Caps sköld, vilket är en stål-Vibranium-legering. Stål gör skärmen hård och stiv - perfekt för att stå upp för kraftiga slag och för att orsaka skada när den kastas - men Vibranium håller kraften från de tunga slagmen från att överföras till Cap. Materialen arbetar i tandem, så att kapten America skyddar sig med skölden och använder den som ett vapen.

En viktig del av Vibranium är hur det absorberar vibrationer. Att veta vad vi gör om lagen om bevarande av energi, den vibrationella energin måste gå någonstans. Så skulle det hända?

Kakalios pekar på en viss scen i Hämnarna där Thors hammare, Mjolnir, träffar Caps sköld och resulterar i en ljus ljusflamp. Varför är detta betydande?

Eftersom det talar om möjligheten att omvandla energi från vibration till ljus.

"Om vi ​​på något sätt skulle kunna vända alla atomers skakningar, atomernas vibrationer, dessa tryckvågor som är avstängda på grund av den energisprängning som skölden absorberade och omvandla den till ljus, i fotoner av energi" säger Kakalios, "som fortfarande uppfyller reglerna för bevarande av energi och det skulle vara ett effektivt sätt att absorbera vibrationerna, att göra en riktig typ av vibrerande."

Det leder oss till vår stora fråga i det här samtalet: Är det möjligt?

Totalt. Fenomenet kallas "sonoluminescens" och det är mycket verkligt. Klämman nedan visar sonoluminescens genom att överföra ljudvågor genom en bubbla i en vätskebehållare, vilket gör att bubblan expanderar och därefter kollapsar. När det kollapsar, samlar ångmolekylerna i bubblan ihop och avger värme och - du gissade det - ljus. Ett ljust, blått ljus.

Vi kan inte precis placera detta för att använda på en sköld, men teorin är ljud (bokstavligen) och det är ganska jätte fantastisk. Var lämnar vi oss för material?

För att illustrera beteendet hos något som Vibranium talar Kakalios om att släppa en bowlingboll ur ett fönster. Om du släpper bowlingbollen på trottoaren får du en spricka. Om du släpper den på sand, får du en krater. Varför?

"Eftersom sanden, som består av dessa frön som är fritt att röra, sprids energi från den fallande bowlingbollen snabbt över många, många sandkorn", säger Kakalios. "Det faktum att sanden har dessa många olika grader av frihet och det kan sprida energi ut gör det enkelt en mycket bra stötdämpare."

Så betyder det att vi borde ha sköldar av … sand?

Inte exakt. Men det ger oss idén om de egenskaper vi skulle behöva se i ett materials atom- eller partikelstrukturer för att göra det till en livskraftig substitut.

Kevlar är en uppenbar utgångspunkt. Kevlar är gjord av långkedjiga organiska molekyler, kanske mest anmärkningsvärda för användning i kulsäker väst.

"Vad händer är att dessa långkedjiga molekyler, på grund av de unika aspekterna av deras kemi, låser sig på plats för att bilda mycket styva strukturer", säger Kakalios.

Kakalios förklarar när det gäller metaller som bly och stål.

"Stål, bly, sådant har viss motstånd mot kula, eftersom de involverade atomerna är mycket stora och tunga och därmed tar det mycket energi att flytta dem", säger Kakalios. "Kevlar använder lättviktsatomer, men på grund av en unik kemi och det sätt som de alla låser ihop i en väldigt styv struktur, är det väldigt svårt att bryta dessa band och att få atomerna att gå ur vägen."

Ännu starkare än Kevlar är grafen, som består av bundna kolatomer. Super tunn och kapabel att vara mer kulsäker än stål när skiktat, grafen är kraftfulla saker. Det är riktigt, och det är också en del av serietidningar.

Förra året skrev Kakalios en artikel för TRÅDBUNDEN kallad The Magic Bulletproof Material som gjorde Iron Man ge upp järn. Det materialet? Grafen, förstås.

Även om vi inte precis gör stora ark av grafen för Vibranium-liknande ändamål ännu, är det kanske det närmaste vi behöver till riktiga Vibranium.

"Eftersom alla obligationer är super starka inom grafens plan … så är det väldigt svårt att bryta dem", säger Kakalios.

Det andra standout-elementet? Ljudets hastighet i grafen är super snabb jämfört med andra material.

"Så det betyder att när du kommer in med någon kinetisk energi från en viss projektil," säger Kakalios, "den energin får kolatomerna att vibrera, men eftersom ljudets hastighet är så snabb, sprids vibrationsenergin mycket snabbt över planet av planen och energin blir då utspädd och det har därför ingen chans att sitta still och bryta de kemiska bindningarna som håller kolatomerna ihop och om det inte kan bryta bindningarna kommer kula inte igenom material."

Vad betyder det för vår IRL Captain America Shield? Det är svårt att säga, men grafen presenterar några intressanta möjligheter. På samma sätt som maskinkomponenter och borrar är diamantbelagda, Kakalios muses att en grafenbeläggning kan visa sig vara ett potentiellt signifikant rynk.

"Jag skulle inte vilja förutspå att allt du behövde gjorde var att täcka en stålsköld med grafen och du har Caps sköld", säger Kakalios, "men det skulle vara en avenue worth pursuing."

Låt oss inte stanna där, men grafen är förmodligen det bästa materialet vi har för en verklig ekvivalent av Vibranium … för nu. Men det finns människor som arbetar med nanokompositstrukturer och utvecklar material som använder nanopartiklar som fungerar som sanden från det bowlingboll-borttagna exemplet.

"Vad folk gör är att skapa strukturer som har andra små nanopartiklar inom sig, och när energin kommer in från någon form av blast eller någon form av kollision, sprider sig energin över nanopartiklarna, säger Kakalios. "De kan sprida energin över många många atomer så att ingen atom måste bära all den bördan och så att du inte bryter några kemiska bindningar eller skapar några sprickor."

De möjliga användningarna av material som dessa? Bättre pansar, till exempel. Det låter som om det är rakt ur serietidningar, eller hur?

"Det absorberar bollens energi och sprider det snabbt ut. Det omvandlar inte energin till ljusfotoner, men det sprider den ut över många frihetsgrader så att ingen atom drabbas av en katastrofal paus."

Medan vi inte är helt på scenen med SSR-emissioner Vibranium-sköldar, ger material som utveckling av nanokompositteknik, kevlar och grafen oss några av de egenskaper vi ser i Vibranium utan hjälp av utomjordiska meteoriter. Visst, Vibranans fiktiva, men några av dess egenskaper kan finns i den verkliga världen, och det är ganska otroligt.

Den här artikeln publicerades ursprungligen den 20 maj 2016, och den har uppdaterats med ny information.