Vad är det största vetenskapliga misstaget i Ant-Man?

Anonim

Med varje ny superhjälte, börjar en ny saga av skurk-bashing och räddning vanliga människor. Men i några exklusiva kretsar av människor som är alltför passionerade för både superhjältar och vetenskap, råder en ny diskussion: om en superhjälte och supermakter är praktiskt taget uppnåliga i det verkliga livet.

I en av våra äldre inlägg diskuterade vi om Iron Man skulle kunna återskapas i den verkliga världen. Nu är det en annan Marvel superhjälte tur: Ant-Man. När han drar sin kostym, kan han krympa sig för att bli så liten som en myra och sedan återvända till sin normala storlek efter vilja.

På makroskopisk skala verkar det inte finnas en tänkbar idé (åtminstone en som är praktisk) som möjligen kan krympa en människa till några inches i storlek utan att pulverisera kroppen, tillsammans med att vara otroligt gory (vilket är knappast vanliga superhjälte). Därför måste vi vända sig mot de grundläggande egenskaper som utgör människokroppen i hopp om att finna en lösning på detta miniatyriseringsproblem.

Eliminerar det tomma utrymmet inom alla atomer

.

Vätgasatomen. Lägg märke till det stora tomma utrymmet inom atomgränsen (Bildkälla: Wikipedia.org)

Man kan argumentera att eftersom kärnan upptar endast en liten del av hela rymden i en atom, har den senare gott om tomt utrymme som helt enkelt kunde elimineras för att effektivt reducera atomens totala storlek.

Denna idé är säkert intuitivt men det är långt ifrån fysiskt uppnås i den verkliga världen. För att förstå orsaken bakom detta måste vi backa upp lite och göra en snabb sammanfattning av atomens grundläggande struktur och egenskaper.

Atoms

Varje atom består av tre subatomiska partiklar, nämligen elektroner (negativt laddade), protoner (positivt laddade) och neutroner. Av dessa tre sitter neutroner och protoner inuti kärnan, medan elektroner kretsar kring kärnan i väldefinierade energinivåer. I neutrala (eller oladdade) atomer är antalet elektroner och protoner alltid samma, medan antalet neutroner kan eller inte är samma.

Tungare atomer har fler protoner inuti sina kärnor, vilket drar de bana elektronerna mer intensivt. Sådana atomer har emellertid också ett lika stort antal negativt laddade elektroner, vilka tenderar att förbli längre ifrån varandra på grund av höga repulsiva krafter mellan sig.

Så förändras atomstorleken med ökande atomnummer

Det är därför som antalet elektroner dikterar hur stor en viss atom kommer att vara.

Atomens atomradie - precis som en cirkels radie - är måttet av avståndet mellan kärnan och gränsen för den yttersta omloppet. Fastän denna definition givetvis ger en mer konkret eller visuellt överförbar uppfattning om hur atomradie beräknas är det inte tekniskt korrekt. Enligt kvantmekanikens lagar roterar elektronerna inte kring kärnan i banor som är lika tydliga och exakta som de som ofta beskrivits i populärkulturen.


Denna avbildning av en atom och elektroner är inte tekniskt korrekt

I stället flyger de runt kärnan i så kallade elektronmoln utan någon bestämd yttre gräns. Därför är beräkningen av atomradiusen inte lika enkel som att ta en cirkel med känd diameter och helt enkelt skära den i hälften.

Atomraden, som i huvudsak dikterar hur stor en atom är, beror på ett antal parametrar, inklusive antalet protoner i kärnan, en elektrons massa och dess elektriska laddning och något som kallas Plancks konstant (betecknad med h ') - en grundläggande konstant av universum. Observera att värdena på en elektrons massa, dess elektriska laddning och Plancks konstant är fasta, vilket innebär att de inte är öppna för ändringar och modifieringar, så att de inte kan ändras på något sätt.

Constancy av universella "konstanter"

Eftersom dessa konstanter och lagar definierar själva vävnaden i vår existens och praktiskt taget allt i universum är det helt naturligt att människor ofta har undrat sig om dessa konstanter har förändrats sedan universums början. En engelsk teoretisk fysiker med namnet Paul Dirac sprang en gång om en debatt om universalkonstanternas konstans genom hans "stora antal" -hypotes. En stor del forskning har gjorts med hjälp av astronomiska observationer av avlägsna stjärnor, avvikande ljusstyrkor av svaga stjärnor och orbitalutveckling, men från och med nu har det inte funnits några experimentella bevis som kan slutgiltigt stödja hypotesen av någon variation av universella konstanter.

Det är strikt en sak med konstanter; Som namnet antyder är deras värderingar otvivelaktigt oavsiktligt och otvetydigt fasta, så att de inte kan omprövas.

Nu, eftersom atomstorlek beror på ingenting annat än en massa konstanter, kan den inte manipuleras med konstgjorda eller på annat sätt, även med ett superhjälpserum eller piller. Om det blev manipulerat, skulle det dock säkert vara i någon annan värld där universumets lagar inte håller svåra.

Detta visar tydligt att krympning av en människa till storleken av en myra inte kan uppnås genom att helt enkelt eliminera det lediga utrymmet i en atom. Du kan inte heller ta bort ett visst antal atomer från människokroppen med hopp om att drastiskt minska kroppsstorleken utan att förlora eller äventyra ett antal mänskliga förmågor och vitala funktioner.

Så cool som Ant-Man kan tyckas, det finns absolut inget sätt att göra en person så liten som en myra utan att döda dem eller åtminstone allvarligt äventyra ett antal vitala kroppsfunktioner (Foto Credit: Captain America: Civil War (filmen) / Marvel Entertainment)

I Marvel Universe skapade skaparen av den krympande potionen, Dr. Henry Pym, en generator av "Pympartiklar", som hade förmågan att effektivt manipulera med mänsklig storlek medan man utövar absolut kontroll över transformationsprocessen. Om Dr. Pym inte var fiktiv, och hans "Pympartiklar" verkligen skulle miniaturisera en människa med sådan stil och nåd, skulle hela världen ha en liten superhjälte för en gång, vilket kan vara en riktigt trevlig förändring!

referenser