Il Superuovo

I superpoteri di Ant-Man spiegati dalla fisica: dalla fisica classica alla meccanica quantistica

I superpoteri di Ant-Man spiegati dalla fisica: dalla fisica classica alla meccanica quantistica

Dopo aver parlato di Superman, Spiderman e Flash, oggi è il turno di un’altro supereroe. Piccolo ed inafferrabile, è questa il punto di forza del nostro Ant-Man, nato dal genio dei fumetti Stan Lee venuto a mancare in questo triste novembre. A dare vita ai poteri di Scott Lang è il genio di Hank Pym, biochimico e realizzatore della “particella di Pym”, in grado di rimpicciolire la distanza tra gli atomi. Grazie a questo siero, Ant-Man e la sua tuta sono in grado di realizzare prodezze che ci hanno affascinato sia nei fumetti, ma soprattutto nei film targati Marvel usciti in questi anni. Ma quanto c’è di reale in questo mondo di supereroi?

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Il regno quantico

Per modificare le particelle elementari stesse bisognerebbe intervenire sulle costanti fisiche e in particolare sulla costante di Planck. Modificare quest’ultima, infatti, influenzerebbe non solo le distanze caratteristiche delle particelle elementari, ma anche le dimensioni stesse delle stelle e in generale dell’universo. Proprio la costante di Planck, scoperta nel 1899 da Max Planck, è considerata il punto di  partenza della rivoluzione introdotta nella fisica dalla meccanica quantistica, che ha un ruolo essenziale in Ant-Man. Infatti Hank Pym a un certo punto mette Scott Lang in guarda dai rischi di un’estrema miniaturizzazione: Scott, infatti, potrebbe ricadere all’interno del “regno quantistico”, da cui non ritornerebbe più, come avvenuto decenni prima a Janet van Dyne, la prima Wasp nonché moglie di Hank.

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Il regno quantistico, è la versione cinematografica del “microverso“, idea secondo cui all’interno degli atomi esistevano altri mondi, proporzionalmente più piccoli.
Questa affascinante ideaa deriva dal modello atomico di Niels Bohr, proposto da quest’ultimo nel 1913: secondo Bohr l’atomo di idrogeno era un piccolo sistema solare con al centro il protone di carica positiva e l’elettrone che ruota intorno al nucleo su orbite circolari. I raggi di queste orbite, però, erano ben definiti e i valori stabiliti da un’equazione che utilizzava numeri interi e la costante di Planck.
I successivi risultati sperimentali nello studio del comportamento delle particelle (elettroni e protoni) permisero ai fisici teorici di sviluppare un modello dell’atomo più preciso: il mondo quantistico che emerse dopo le cure teoriche di Werner Heisenberg ed Erwin Schrodinger era non locale e nebuloso, decisamente non deterministico, molto diverso da quello descritto dalla nostra affascinante idea. In poche parole la matematica che descriveva il mondo microscopico era di tipo statistico, o, come scoprì il matematico George Machie, si basava su una logica non booleana.
La logica classica, o booleana, è in effetti la logica a due valori che solitamente si studia a scuola (quando c’è il tempo), in cui una proposizione può assumere solo due valori, vero o falso (1 o 0). Ed è da proprio questa la logica alla base della meccanica quantistica, secondo cui, ad esempio, un elettrone ha una certa probabilità di essere in qualunque punto dello spazio. Ovviamente ad ogni punto viene assegnato un valore differente: alcuni punti hanno un valore piccolissimo, altri più alto, così se proviamo a disegnare i punti in cui dovrebbe trovarsi un elettrone in un atomo in funzione della loro probabilità dovremmo ottenere un’immagine di questo genere:

Questo è l’atomo di idrogeno ed è fortemente coerente con l’immagine non locale e nebulosa emersa dopo l’equazione di Schrodinger.
Per cui, cosa resta ad Ant-Man di reale se la miniaturizzazione e il microverso sono fisicamente impossibili (o molto improbabili, nel primo caso)?

Una questione di massa

Come l’Ant-Man dei fumetti, anche quello cinematografico riesce a comunicare con le formiche e gli insetti e, quando il caso lo richiede, chiede loro un passaggio. Questo implica che il buon Ant-Man nel corso delle sue miniaturizzazioni riduce anche la sua massa. Le grandezze fisiche da tenere a mente sono due, la quantità di moto, detta anche impulso, definita come il prodotto tra massa e velocità, e la forza, che può essere definita non solo come il prodotto tra la massa e l’accelerazione, ma anche come la variazione della quantità di moto nel tempo. quando Ant-Man si scaglia contro un nemico con la sua massa normale e si miniaturizza durante il volo, la massa diminuisce, ma poiché la quantità di moto resta costante allora la velocità dell’eroe aumenta. Poco prima di colpire il bersaglio, però, Ant-Man aumenta la sua massa, quindi la velocità si modifica, in particolare diminuisce. Questo vuol dire che l’eroe non dovrebbe avere nemmeno la forza di colpire il bersaglio, quindi come riesce ad atterrare il suo avversario di turno?

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Il segreto sta nel fatto che la forza è non solo il prodotto massa-accelerazione, ma è definibile anche come la variazione della quantità di moto nel tempo. Ora, nel caso di Ant-Man, a cambiare non è solo la velocità, ma anche la massa, quindi l’aumento di massa genera una forza che va nella direzione del moto. Più veloce è l’ingrandimento di Ant-Man, maggiore è la forza che gli permette di colpire il bersaglio contro cui si getta. I danni che produce, invece, dipendono dalla pressione esercitata dall’eroe. Questa grandezza fisica è definita come il rapporto tra la forza applicata e la superficie di applicazione, quindi minori sono le dimensioni di Ant-Man e maggiore è la pressione in grado di esercitare sul bersaglio. L’eroe, però, riesce a rompere il bersaglio solo se la pressione che esercita supera quella massima che il bersaglio è in grado di sopportare.
Questo vuol dire che se Ant-Man non aumentasse le sue dimensioni poco prima di colpire un avversario, il rischio di diventare letale quanto una pallottola sarebbe piuttosto alto.

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