•  

Б. ig или малък, силен или тънък, всички хора, независимо кой или къде са, имат приблизително еднаква плътност (съотношението маса към обем) от около един грам на кубичен сантиметър. Това е плътността на водата и тъй като всички сме предимно вода, тя е и нашата. Преди няколко години хиляди физици, работещи в огромно международно сътрудничество, откриха механизма, който придава на цялата материя своята маса. Малко повече от петдесет години по-рано един единствен учен, работещ сам, разкри тайната на размера.

боинг

На 4 юли 2012 г. физици, работещи в Големия адронен колайдер в ЦЕРН в Женева, Швейцария, обявиха откриването на Хигс Бозон. Тази фундаментална частица, отдавна предсказана да съществува, е възбуждане на полето на Хигс, което прониква в цялата реалност. Проверката на съществуването на полето на Хигс отговори на основен научен въпрос - защо различните частици, като електрони или протони, имат различни маси. Вездесъщото поле на Хигс може да се разглежда като флуид, през който всички частици трябва да се движат. Ако течността е плътна или разредена, тогава тя е или по-трудна, или по-лесна за движение и частицата ще има или тежка, или лека маса. Вискозитетът на тази „течност“ зависи от силата на взаимодействието на частицата с полето на Хигс. С проверка на механизма на Хигс физиците разбират защо атомите имат масата, която имат.

Ако знаехме как да променим силата на свързването между материята и полето на Хигс (не го правим), щяхме да можем да променим масата на всеки обект, правейки го по-тежък или по-лек по желание. По аналогия с частицата на Хигс, частицата Pym вероятно е следствие от Pym поле, което е навсякъде около нас. Хенри Пим очевидно не само е открил съществуването на полето Пим, чрез съответната му частица Пим, но и как да променя връзката между атомите и това околно поле, като по този начин ги прави по-големи или по-малки при поискване.

Сега учените всъщност знаят защо атомите имат размера, който имат, което се оказва лоша новина за онези, които се надяват на Фантастични пътувания в реалния свят. Преди близо век квантовата механика, клонът на физиката, който се отнася до свойствата на атомите и как те взаимодействат със светлината, позволи на физиците да изчислят средния радиус на атома. Атомът се състои от тежко ядро ​​от положително заредени протони и електрически неутрални неутрони, заобиколени от много по-леки, отрицателно заредени електрони. Протоните в ядрото привличат електроните, подобно на масивното слънце, което дърпа планетите в Слънчевата система.

Първоначално физиците смятаха, че аналогията е почти точна, като електроните показват елиптични орбити около ядрото, но работата на Вернер Хайзенберг и Ервин Шрьодингер в средата на 20-те години установява, че не може по никакъв смислен начин да се приписват определени траектории на електроните. По-скоро най-доброто, което може да се изчисли, е вероятността измерването да намери електрона на дадено разстояние от ядрото. Въпреки това, познаването на тази вероятност позволява определянето на средното разстояние на електрона от ядрото, което може да се използва като прокси за радиуса на атома. Сравнително просто изчисление установява, че средният радиус за даден атом се определя от различни основни константи като масата и заряда на електрона, диелектричната проницаемост (която управлява силата на електрическото поле), константата на Планк (която определя мащаба на квантовите ефекти) и коефициент 4π. Всички тези константи имат едно общо нещо - те са постоянни и не са отворени за промяна. Всички атоми, с изключение на най-леките, са приблизително еднакви по размер - с диаметър около 1/3 от нанометър (десет милиардни от инча).

И затова е толкова трудно да се направиш по-малък или по-голям. Не можете просто да премахнете или добавите атоми, защото в края на краищата откъде биха отишли ​​или идвали; къде ги съхранявате; и как да се уверите, че всички те се завъртат там, където трябва, когато искате да се върнете към първоначалния си размер? В комиксите се предполага, че частиците Pym имат достъп до измерението Космос (кой знаеше?), Където излишната материя идва и си отива, но ние се опитваме да бъдем сериозни тук. Нито можете просто да стиснете атомите по-близо един до друг. Атомите във вашето тяло вече са в директен физически контакт и отблъскването между електроните в съседните атоми им пречи да се приближават, без да упражняват натиск, който обикновено се намира в центъра на Земята. За да промените размера си, трябва да направите нещо невъзможно, а именно да вземете колекция от константи, която определя размера на атомите в тялото ви, и да ги направите непостоянни, подлежащи на промяна. И тук идва геният на Хенри Пим (уви, измислен).

Това, което вероятно прави полето Pym, е да промени величината на тези константи. Например, ако константата на Планк, която вече е доста малко число, стане десет пъти по-малка, тогава полученият среден радиус на всички засегнати атоми ще бъде намален сто пъти. Висок шест фута човек щеше да се свие до височина ¾ инча, почти достатъчно малък, за да язди на дърводелска мравка. Разбира се, радиусът (който е половината от диаметъра) на атома е само една дължина, а триизмерният обем на атома варира в зависимост от куба на радиуса, ставайки един милион пъти по-малък.

Фиг. 1: Обикновено Човекът-мравка се свива с постоянна плътност, намалявайки масата си заедно с обема си, така че няма да мачка мравка, когато седне на гърба му.

Този човек с размер на мравка обаче би рискувал да падне право през пода. Полето Pym е променило размера на атомите в човек, но не и колко атома имат, нито тяхната маса. Човекът би тежал същата като на първоначалната си височина, но едва сега цялата тази маса ще бъде компресирана в много малък обем. Налягането под краката им ще бъде десет хиляди пъти по-голямо, отколкото при нормалния им размер, и ако те действително седят на мравка, когато са миниатюризирани, то незабавно ще бъде смачкано.

И така, какво дава? Очевидно, когато Хенри Пим се свива, така че обемът му да се намали с милион фактора, неговата маса също се намалява със същия фактор от милион, така че съотношението на масата към обема, т.е. плътността, остава непроменено. Той има същата плътност, докато е с размер на насекомо, както когато е в пълен размер - един грам на кубичен сантиметър. По този начин той е в състояние да язди мравки без вреда. И двете версии на комиксите и филмите на Ant-Man подчертават, че няма намаляване на силата, когато нашият герой е с размер на насекомо.

Фигура 2: Наличието на същата плътност, както при нормални размери, е добро за каране на мравки, както в първия панел, но го прави уязвим за внезапен порив на въздуха.

Силата на удара се определя от площта на напречното сечение на вашите бицепси, а не от дължината им. При размер на мравка тази сила е по-малка, но площта на напречното сечение на юмрука ви се намалява със същото количество, така че натискът, пълен в удар, остава непроменен. Но има ли начин да се усили тази сила, така че когато хвърли тежестта си в удар, това да е неговото пълно тегло, а не неговото малко тегло?

Един от начините това да бъде постигнато е чрез кръстосано взаимодействие между полето на Хигс (контролиращо масата на атомите) и полето Pym (влияещо върху неговия размер). Когато човек-мравка трябва да се качи на върха на летяща мравка, има силна връзка между частиците Pym и Higgs, така че намаляването на едната води до намаляване на другата, а плътността му остава непроменена. Когато Ant-Man трябва да нокаутира охранител или да хвърли влакче за играчки, връзката между полетата на Higgs и Pym се прекъсва. Тогава той за момент е малък, но с пълното си тегло. Удрянето с удар на 160-килограмов възрастен, върху малка повърхност на свит юмрук, би оказало голям натиск. Що се отнася до това как Човекът-мравка е способен да сдвои и раздели тези две основни полета по желание - добре, супергероите трябва да имат своите тайни, но аз съм готов да се обзаложа, че това включва космосното измерение и квантовата сфера по някакъв начин.

Фиг. 3: Човек-мравка, хвърлящ влакче за играчки.

Говорейки за тайни, освен че може да се свие, Човекът-мравка може да комуникира и с мравките. Мравките обменят информация помежду си чрез излъчване на химически следи, отделени от телата им, които се откриват от устата на други мравки. Как човек-мравка постига това ... може би има някои въпроси, в които науката не бива да се вглежда твърде внимателно.