复仇者联盟的英雄们，科学不科学？

谭沚丹

复仇者联盟的英雄们，科学不科学？
队长的盾开“外挂”
首先我们要关注一下头上顶着A字的美国队长的装备。真难界定啊，那东西到底算是武器还是防具？这块盾能吸收大量的动能——无论是炮弹还是绿巨人的拳头，统统在它面前败下阵来。窃以为，这盾比打了神秘药剂的队长的肉身更加神秘。究竟是什么铸就了这块神盾呢？一些深爱动漫的科学家们开始“脑洞大开”。
连那些聪明的死理性派也认为，解释这块盾牌工作的原理很难。因为它在不同的情况下会有不同的反应：有时，这盾丢出去会嵌进墙里，但是有时它撞到墙却会反弹；有时，盾似乎坚固无比、能抵挡大力攻击，但却没有发生过把队长弹飞的惨剧。它到底是要闹哪样呢？美国北卡罗来纳州立大学的材料学副教授、铁杆动漫迷Suveen Mathaudhu说：“我们还是先说说热力学第一定律吧。”
通常，能量的去向只有两种：要么被储存，要么转化为热能或声波。但是漫画迷和电影迷们肯定知道，队长的盾在接受能量之后通常不会产生热量或者发出尖啸——《复仇者联盟》中这盾被雷神的大锤击打后产生的冲击波你们就当没看见吧。
“因为没有产生热和声，所以我们推测，能量是被吸收和储存起来了。制作盾牌的材料——外太空金属‘泛合金 or 振金（Vibranium）’的化学键必须能够将能量以某种形式储存起来。”
在漫威英雄的世界中，振金（Vibranium）是一种来自外太空的金属，这也就意味着它其实并不存在。在设定中，振金是在非洲的瓦坎达国发现的（其实这个国家也是虚构的）。振金的特点就是它能吸收周围环境中的振动能量，比如声波等。当它吸收机械能时，它自身的分子振动频率并没有显著的提升。外界的振动能都被储存在它的分子之间的化学键中。据说，振金储存能量是有上限的。虽然我们还没看到过这个上限，不过漫威说它有，它应该就有吧——和这个虚构世界的“上帝”争，你觉得有意义么？根据Mathaudhu的观察（或者说观影），他认为这块盾的基本工作原理好像一节电池，似乎也有着电容器的功能。打个简单的比方：电容就好像智能手机上的闪光灯，能在很短的时间内充放能量；而电池吸收和释放能量的速度是可以控制的。
Mathaudhu也就是说，美国队长的盾其实是一个电池和电容的混合体。但是那些被盾牌吸收的能量又释放到哪儿去了呢？Mathaudhu说：“如果能量是储存在组成盾的物质原子间的化学键中，那就能解释盾牌物理性质多样化的原因了。”或许盾牌的超级电容器特性说明了它在多个表面来回弹跳之后回到队长手中时那些能量是从哪里来的——他在漫画中经常这么干。当然，我们只是说，这块逆天的盾只是表现出“好像”有超级电容的特性。毕竟，所谓的“外太空金属”并没有被发现。
钢铁侠VS真科技
钢铁侠是漫威的英雄们中，本身最弱小的——除了他那张利嘴和那套狂拽酷炫的盔甲，基本上就是个炮灰。在漫威的二次元世界，Tony Stark先生是个极其聪明的工程师，他发明了各种设备，甚至还可以制造出新的元素。现实中的科学家们要哭了，他们在实验室里辛辛苦苦才合成出了只能存在极短时间的117号元素，Stark在家随便玩玩就搞出来了。作为银幕上最依赖先进科技的超级英雄，钢铁侠有不少“八卦”可以说。方舟反应堆
驱动着钢铁侠的能量都来源于一个虚构的电弧发生器——埋在他胸口的那个慢慢腐蚀他健康的钯反应堆。现实生活中，钯金属的确有害身体健康，只是不像电影中描述得那么荒诞罢了。一个依靠钯驱动的反应堆，听上去或许有些奇怪，但是如果你知道钯在“冷核聚变”方面起着主要的作用的话，这个设定就显得不那么夸张了。
冷核聚变20年前进行的实验显示，在接近室温的条件下也可以进行核聚变——冷核聚变。虽然现在科学家给它坐了冷板凳，但是美国海军的空间与海战系统研究中心依然在继续这项技术的开发，这意味着钢铁侠的冷核聚变技术并不是天方夜谭。创造新元素为了避免被钯的毒性杀死，钢铁侠创造了一种全新的元素来驱动电弧反应器——振金（没错，又是这货！这种虚构金属在漫威漫画的世界中经常出现）。
现实生活中的科学家也正在努力创造新的元素，比如说2010年才合成出的117号元素（暂时称为Ununseptium，Uus）。
但是，117号元素以及迄今为止科学家创造出的元素都与振金有一个明显的差异——它们都不稳定。至今，科学家在衰变之前只观察到过6个Uus原子。物理学家曾构想过一个超重元素的“稳定岛”，一些特定的超重元素不会立刻裂变成较轻的原子，或许振金就是其中的一员?
2017年1月15日，中华人民共和国全国科学技术名词审定委员会联合国家语言文字工作委员会组织化学、物理学、语言学界专家召开了113号、115号、117号、118号元素中文定名会，将此元素命名为“石田”（这个字打不出来，将就着看一下）。
无论是虚构的振金还是真实存在的Uus，它们都是利用回旋加速器（也被称为粒子回旋加速器）创造的。在回旋加速器里，粒子被加速、相撞从而制造更重的元素。现实中的科学家们可没办法像钢铁侠这么潇洒，在自家地下室就搭建一个回旋加速器——即使可以，他们也会多造一些保护设施来阻隔其产生的致命辐射。衣橱里的外骨骼富N代Tony Stark最引人注目的发明是他那无所不能的钢铁盔甲。目前，美国陆军和日本的研究人员已经制作出了能够加强人类力量的外骨骼装备原型。不过，别把现实中的外骨骼和钢铁侠套装等同起来，你会失望的……
钢铁侠的盔甲表现出了超凡的保护能力，它能保护“芯子”，抵挡敌人强有力的攻击。有人琢磨过，这装甲里是不是塞了什么超级海绵？你别说，还真有研究人员利用纳米管制作了一种有弹性且十分坚固的海绵。或许钢铁侠早已经采用了，以保护自己的骨头在战斗中不被打断吧。
蜘蛛侠，物理成绩好不好？
蜘蛛侠黏黏的蜘蛛网是他的技能中最重要的一种。蛛网并不是从蜘蛛侠手腕上的某个洞里射出来的，Peter Parker其实是开发出了能够喷出蛛网的设备。
现实中，蜘蛛的蜘蛛丝来自它们的腹部，《西游记》中女版蜘蛛精好像是从肚脐吐丝的——蜘蛛侠也这么干的话，得穿个露脐装，太让人不忍直视了！蛛丝的强度要是真有“蜘蛛附体”这回事，能不能成为英雄，首先得看蛛网到底有多强。我们可以用一些方法来估计蛛网的强度。蜘蛛侠曾用他的蛛网接住了一辆落下的汽车。蛛丝需要承受多大的拉力才能拉住一辆汽车而且保证蛛丝不断呢？
我们假设正在下落的车重2000公斤，在被蛛网停住之前下落了1秒。然后我们就能用动量守恒原理来计算车下落时的动量。从车开始下落到停止下落，初始的动能是0。当蛛网碰到车时，作用在车上的有两个力：向下的重力和蛛网作用于车向上的拉力。
当然，蛛网并不是马上把车停住的，它也需要一些时间来拉伸缓冲。为了简化这个过程，我们假设停止时间是1秒。根据动量守恒原理，车的末状态的动量也为0，唯一不同的就是车上受了两个力。
有好事者真的计算了一下，发现要达到如上效果，那条承重的牵引绳必须承受至少39200牛顿的拉力。材料的极限抗拉强度与它们的横截面有关，横截面越大（越粗）的材料，强度越大。在现实世界中，我们假设在半径同为1毫米的情况下，钢索、尼龙丝和蜘蛛丝看来都无法拉住这辆汽车，只有碳纳米绳能够胜任。好吧，钢索其实也行，不过其半径必须超过2.5毫米。不过，半径1毫米的钢索和蛛丝的重量差距大了去了。当然，如果拉住汽车的是由几条蛛丝组成的复合状结构，那就是另外一回事了。带多少蛛丝出门呢？那么下一个问题就是蜘蛛侠能随身带多少蛛丝？在电影中，那些蛛丝弹药，似乎都被储存在2个手表样的小东西里，而且似乎能喷出的蛛丝无穷无尽。让我们帮Peter Parker算一下每次“出外勤”需要带多少弹药吧。蜘蛛侠单次发射需要多少蛛丝？如果瞄准10层楼的高处作为落点，约需要发射出20米长的蛛丝。假设发射出去的蛛丝束半径为1毫米，它的体积应该是6.28x10-5立方米。如果要把这次发射的蛛丝束都塞进一支半径为0.25厘米的标准铅笔里，那这支铅笔的长度将达到3.2米。注意，这只是一次发射蛛丝所用的体积！那么，如果蜘蛛侠还需要遵守现实中的物理规则的话，那一对储存蛛丝的腕表的体积将不得不增加很多。假设每只手可以发射50发蛛丝，我们能计算出每个手腕上容器所需要的容量大约为0.00314立方米。
这个围绕在手腕上的环状蛛丝库，半径差不多要10厘米、厚约7厘米——有小型炒锅那么大。
蜘蛛侠把这个戴在手腕上出街，看上去有点小尴尬。不过，如果要是换成钢索和尼龙绳的话，体积可就绝对不止这么点了。与其他材料相比，轻巧的蜘蛛丝因为在强度上的优点，还是非常有开发潜力的。
编译/薛嵩