Czy na Ziemi istnieje metal podobny do vibranium?

Vibranium jest bardzo użyteczne. Fikcyjny metal z uniwersum Marvela używany jest w tarczy Kapitana Ameryki, kostiumie Czarnej Pantery i broni mieszkańców Wakandy. W prawdziwym świecie taki metal nie istnieje, ale dzisiaj spróbujemy ustalić, czy istnieje coś o podobnych właściwościach.

Jedną z właściwości vibranium jest pochłanianie wibracji. Więc jeśli uderzysz coś zrobionego z tego metalu pochłonie on energię i w jakiś sposób ją zatrzyma. Musimy jednak pamiętać o jednej z najważniejszych zasad panujących w kosmosie: energia nie może zostać stworzona ani zniszczona.

Postaramy się o tym pamiętać badając właściwości Vibranium. Głównie użyjemy do tego tarczy Kapitana Ameryki. Stal zawarta w tarczy sprawia, że jest ona twarda – idealna aby przyjąć ciosy i narobić trochę szkód, kiedy się ją żuci. Vibranium nie pozwala sile ciosów sięgnąć Kapitana. Materiały świetnie ze sobą współpracują, pozwalając Kapitanowi osłonić się tarczą oraz na użycie jej jak broni

Kluczowym elementem vibranium jest sposób w jaki pochłania wibracje. Według prawa zachowania energii coś musi się dziać z wibracjami.

Więc co się z nimi dzieje?

Przypomnij sobie tę scenę z Avengersów, kiedy Thor uderza w tarczę Kapitana Mjolnirem i kończy się to jasnym rozbłyskiem światła. Dlaczego ta scena ma znaczenie? Ponieważ stwarza możliwość, że wibracje zamieniają się na światło.

Jeśli znajdziemy sposób, aby zmienić wibracje atomów na światło, czyli fotony to działalibyśmy zgodnie z zasadą zachowania energii. A to prowadzi do pytania:

Czy to możliwe?

Oczywiście, że tak. Podobne, a nawet identyczne zjawisko jest znane w przyrodzie jako sonoluminescencja. Robi tak krewetka pistoletowa. Kiedy zaciska szczypce siła nacisku tworzy bąbelek powietrza, który najpierw się powiększa, a potem zapada. Kiedy do tego dojdzie, molekuły w bąbelku zbliżają się do siebie tak szybko, że tworzą ciepło oraz światło. Jasne, niebieskie światło.

Niestety, nie mamy jak tego sprawdzić, ale w teorii jest to możliwe. Teraz musimy tylko znaleźć materiał o podobnych właściwościach.

Aby lepiej zilustrować zachowanie vibranium wyobraź sobie kulę do kręgli. Jeśli wyrzucisz ją przez okno na kostkę, to kostka pęknie. Jeśli wyrzucisz ją na piasek, będzie krater. Dlaczego? Ponieważ piasek składa się z maleńkich ziaren, które mogą dowolnie się poruszać. Energia spadającej kuli jest przez nie szybko rozpraszana. Piasek łatwo i szybko pochłania i rozprowadza energię, dlatego jest świetnym amortyzatorem.

Czy to oznacza, że powinniśmy tworzyć tarcze z piasku?

Nie do końca. Ale pozwala nam to trochę lepiej określić właściwości, które powinna mieć struktura atomowa materiału, aby być dobrym zastępstwem dla vibranium. Kewlar to oczywisty kandydat. Jest stworzony z długich łańcuchów organicznych molekuł i jest najbardziej znany pod postacią kamizelki kuloodpornej. Kewlar jest aż tak dobry w powstrzymywaniu kul, ponieważ te długie łańcuchy molekuł mają pewną unikatową właściwość chemiczną – zazębiają się tworząc sztywną strukturę.

Stal, ołów i podobne metale są dość odporne na strzały z broni palnej, ponieważ ich atomy są duże i ciężkie, przez co potrzeba dużo energii, aby je poruszyć. Kewlar wykorzystuje lżejsze atomy, ale ma unikalną strukturę chemiczną, przez co ciężko rozerwać jego wiązania molekularne.

Grafen jest jeszcze dziwniejszy. Tworzą go atomy węgla. Jest bardzo cienki, a jeśli odpowiednio ułoży się go w warstwy może być bardziej kuloodporny niż stal. Grafen jest prawdziwym materiałem, który występuje również w komiksach.

Czy grafen jest odpowiednikiem vibranium?

W komiksach Iron Man postanawia odstawić żelazo na rzecz grafenu. Zmienia kolor stroju na biały i przestaje nosić maskę. W jednym z komiksów dostaje strzał z przyłożenia w twarz. Kiedy kryminalista pyta go zaskoczony jak to możliwe, że nic mu się nie stało, odpowiada, że zamiast maski ma na twarzy cienką warstwę przezroczystego grafenu.

Mimo że nie tworzymy grafenu na skalę przemysłową, aby stosować go w podobny sposób jak vibranium jest on najbliższy właściwościami do komiksowego metalu.

Jedną z właściwości grafenu, która upodabnia go do vibranium, jest szybkość rozpraszania energii. Gdybyś miał na sobie kamizelkę zrobioną z grafenu i ktoś do ciebie strzeli atomy węgla zaczną wibrować, a ze względu na rodzaj wiązania między nimi wibracje szybko się rozproszą. To oznacza, że ciężko jest rozerwać wiązania w grafenie. Kula nie będzie w stanie tego zrobić.

Czy to oznacza, że będziemy w stanie stworzyć prawdziwą tarczę Kapitana?

Ciężko powiedzieć, ale grafen otwiera nam drogę do interesujących możliwości. Być może byłoby możliwym, aby pokryć tarczę cienką warstwą grafenu. Ale po co się ograniczać?

Grafen jest najlepszym odpowiednikiem vibranium, jaki na chwilę obecną posiadamy, ale naukowcy pracują nad strukturami nanokompozytowymi. Tworzą materiały, które zachowują się jak piasek w naszym przykładzie z kulą do kręgli.

Naukowcy tworzą struktury, które mają w sobie nanocząsteczki i kiedy dostają zastrzyk energii z uderzenia, lub wystrzału, zostaje ona rozsiana po wszystkich cząsteczkach. Pozwala to na rozprzestrzenienie energii na dużą ilość atomów. Żaden atom nie musi przyjmować na siebie dużej ilości energii, a to zapobiega rozerwaniu wiązań atomowych.

Jakie zastosowanie mogą mieć takie materiały? Na przykład lepsze zbroje. Brzmi jak coś prosto z komiksu, prawda?

Koniec końców, nie ma na Ziemi materiału, lub metalu, który zachowywałby się dokładnie tak jak vibranium, ale mamy grafen, kewlar lub struktury nanokompozytowe. I jesteśmy w stanie je stworzyć bez pomocy meteorytu, a to samo w sobie jest dość niesamowite.