Il Superuovo

Superman viola le leggi della fisica? Scopriamolo con i raggi laser e la Kryptonite

Superman viola le leggi della fisica? Scopriamolo con i raggi laser e la Kryptonite

Tra tutti i personaggi dotati di superpoteri che appaiono nell’universo DC, il più iconico è sicuramente Superman. Tra questi riconosciamo la superforza, la capacità di volare e perfino quella di sparare raggi energetici dagli occhi. Ma realmente i superpoteri del kryptoniano si discostano così tanto dalla fisica tali da non essere reali, o certe scelte sono ammissibili dalla nostra scienza? 

 

Superman

 

Chi non ha mai immaginato di volare in cielo come Superman? Siamo sempre stati affascinati così tanto dalle vicende dei supereroi che sono diventati oggetto di svago, divertimento ma anche insegnamenti dato dalla loro positiva morale. Tuttavia, è necessario analizzare attentamente le doti del supereroe facendo ricorso sia alla fisica classica che alla fisica quantistica!

 

I RAGGI LASER

Ma, esattamente, cosa sono questi raggi? E in particolare cos’è un laser? Per capire come funziona, dobbiamo comprendere il fenomeno dell’eccitazione degli atomi.

Un atomo nel suo stato normale può assorbire fotoni, minuscole particelle che compongono la luce, se esse hanno una determinata frequenza o lunghezza d’onda (che, per la luce visibile, corrisponde al suo colore) e divenire così “eccitato”. Ugualmente, un atomo eccitato può “diseccitarsi” emettendo a sua volta un fotone di una certa frequenza e tornando nella sua condizione iniziale. Le frequenze che un atomo può assorbire dipendono dal suo elemento ma anche da condizioni esterne come temperature o campi magnetici e possono essere numerose e strutturate in maniera molto complessa.

La diseccitazione di un atomo è un evento quantistico del tutto casuale: nessuno può dire a priori quanto tempo impiegherà (anche se è possibile dare una stima media di questo tempo). Inoltre il fotone emesso dalla diseccitazione, a causa della caotica agitazione termica dell’atomo, potrebbe avere una frequenza leggermente diversa da quella prevista ed essere emesso in una direzione casuale. Tuttavia, è possibile “stimolare” l’emissione di un fotone di una certa frequenza e in una certa direzione mediante un altro fotone della stessa frequenza, costringendo l’atomo a diseccitarsi ed emettere un fotone simile al precedente.

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A tal punto si hanno due fotoni di quella specifica frequenza che possono andare a stimolare l’emissione di altri due atomi e così via, generando un effetto a catena. Tutti questi fotoni insieme creano quello che è il raggio laser: un meccanismo di eccitazione continua degli atomi (che può essere ottenuto ad esempio mediante altre fonti di luce) permette a questo laser di continuare a generare fotoni anche per tempi anche molto lunghi. Ma quali vantaggi hanno questi raggi laser rispetto ad un’altra fonte di luce?

Innanzitutto, questi fotoni hanno tutti la stessa frequenza: questo non solo è molto utile per applicazioni che richiedono luce specifica, ma può anche essere energeticamente conveniente. Essi sono emessi “in fase”: significa che essi “vibrano” tutti assieme in maniera coordinata, per cui l’intero laser può essere descritto come un’unica onda elettromagnetica. È più semplice, per la luce laser che è tutta “dello stesso colore”, creare accessori in grado di focalizzare, ridirigere, stringere o deflettere uno specifico tipo di laser. Ottenere dunque gli stessi effetti con una diversa fonte di illuminazione potrebbe essere molto più costoso.

Il potenziale distruttivo di un laser può essere notevole, in termini di capacità di bruciatura e di taglio. Anche se i laser sono comunque limitati dal fatto che il loro l’uso militare richieda comunque energie molto alte che rendono complesso il loro uso come arma portatile, c’è un elemento fondamentale che differenzia il laser dallo sguardo di Superman. Il Laser infatti, come tutta la luce, ha una pessima capacità di spingere gli oggetti. Un laser che eserciti una spinta continua pari al peso di un oggetto da 1 kg su un tavolo richiederebbe una potenza di circa 3 miliardi di Watt: tali potenze sono dell’ordine di quella di un’intera centrale nucleare. Se proprio Superman volesse distruggere un muro “con un’occhiataccia” avrebbe bisogno di energie immense che, liberandosi, andrebbero probabilmente a bruciare tutto ciò che le circonda.

 

IL RUOLO DELLA KRYPTONITE

Nei film appare un’arma che è dichiaratamente un laser: il laser alla Kryptonite. Può un cristallo essere utilizzato per creare un raggio laser? Cosa sappiamo della kryptonite? Si tratta di una sostanza immaginaria, originaria del pianeta Krypton, pianeta madre di Superman: un kryptoniano, sottoposto a questa sostanza, perderà i propri poteri rischiando rapidamente di morire, mentre un umano può sfruttarla per migliorare la propria forza, resistenza e agilità.

Nel film del 2006 Superman Returns viene dichiarata la sua formula chimica che somiglia moltissimo a quella di un minerale rinvenuto 10 anni dopo, la Jadarite, che tuttavia appare simile al gesso ed è ben lontano dall’avere le doti della sostanza aliena.

Kryptonite

La Kryptonite è, nell’immaginario collettivo, un minerale verde fosforescente: questa sua proprietà potrebbe fare di lei una sostanza radioattiva. Come un atomo eccitato, che può “diseccitarsi” emettendo un fotone dopo un tempo casuale (ma noto almeno statisticamente), una sostanza radioattiva “decade” in una o più differenti sostanze, modificando sensibilmente la sua struttura atomica e chimica e rilasciando fotoni nel processo in questione.

Questo evento non è reversibile e ha spesso tempi previsti molto più lunghi che permettono, ad esempio, di stimare l’età di reperti archeologici millenari tramite il decadimento del Carbonio 14 (una forma radioattiva di carbonio), o che rendono pericoloso un sito nucleare anche a molti secoli di distanza. Nel fumetto viene implicato che la kryptonite sia una pericolosa sostanza radioattiva, portando Lex Lutor a scontrarsi con il cancro, ma per l’Uomo d’Acciaio l’effetto è leggermente differente: sembra infatti che, invece che investire il soggetto con quantità di energia potenzialmente dannose, la kryptonite porti Superman a perdere la sua energia e può così rivelarsi fatale per il superoeroe.

Abbiamo però dimostrato così che ciò che davvero fa male a Superman sia lo specifico colore della Kryptonite (o, se preferite, la frequenza dei fotoni che emette decadendo), unico vero parametro di differenza dei fotoni. Questo ha delle coseguenze forti: tanto per cominciare, tutti i materiali che emettono luce a causa della loro temperatura (come una fornace o, in buona approssimazione, anche il Sole) generano fotoni di tutte le possibili lunghezze d’onda, compreso il colore della Kryptonite, con intensità differenti da frequenza a frequenza in base alla temperatura che raggiungono.

Probabilmente però Superman ha bisogno di una quantità importante di fotoni per risentire degli effetti e deve essere infatti molto vicino alla fonte della luminescenza: probabilmente, quando si ricarica con il Sole, il resto delle frequenze ha su di lui un effetto positivo soverchiante che annulla quello della “frequenza Kryptonitica”. Se la kryptonite fosse un cristallo potrebbe essere un buon mezzo per un laser: molti laser si basano infatti su cristalli di vario tipo. Tuttavia difficilmente l’eccitazione dei componenti della Kryptonite potrebbe generare gli stessi fotoni del suo estremamente più energetico decadimento. Potremmo però pensare che il laser alla Kryptonite non sia un vero laser, ma un dispositivo che riesca in qualche modo a stimolare il decadimento radioattivo della Kryptonite e converga i suoi fotoni in un fascio ben indirizzabile.

 

I SUPER SALTI

La fonte dei poteri di Superman sulla Terra fu inizialmente attribuita alla sua origine kryptoniana, in particolare al fatto che il suo pianeta avesse una gravità molto maggiore rispetto a quella terrestre. Alla stessa maniera di come l’uomo sulla Luna presenta una grande mobilità data dalla minore accelerazione gravitazionale, alla stessa maniera Superman è in grado di farlo sulla terra, permettendo così di fare grandi salti.

Nelle prime edizioni Superman poteva soltanto “saltare grattacieli con un unico salto”. Quanto deve essere veloce per poter riuscire a saltare un palazzo alto, ad esempio, 200 m? Usando le famose leggi della dinamica di Newton deduciamo che l’altezza del salto è data dalla velocità per il tempo trascorso salendo, e quest’ultima dipende dalla velocità iniziale. Quando guidando frenate all’improvviso, più veloce stavate viaggiando, più tempo vi occorre per fermarvi del tutto. Analogamente, più veloce è superman all’inizio del salto, più tempo ci vuole perchè la gravità ne riduca la velocità fino a zero. In base a ciò, deduciamo che la formula che serve a descrivire il salto minimo è data dall’espressione v²=2gh, il cui risultato ci dice che deve essere di ben 225 km/h!

Superheroj

 

Ma quanta forza deve applicare alle sue gambe affinché possa praticare il salto? Per calcolarla dobbiamo considerare la celebre seconda legge di Newton, ovvero che laforza applicata ad un oggetto è uguale alla sua massa per la sua accelerazione, ovvero F=ma. Se consideriamo quindi che la massa del nostro Superman sia di 100 kg (per semplificare), e una sua accelerazione di circa 250 km/s², eserciterebbe una forza di 25.000 kg m/s² sulle sue gambe. È plausibile che una tale forza venga applicata sui suoi arti? Ebbene si, poichè da questo calcolo è possibile calcolare che su krypton la gravità sia quindici volte maggiore di quella sulla terra, e di conseguenza permetterebbe  a Superman di “saltare un grattacielo con un solo balzo”. Tutti i dati precedentemente raccolti consentono di scoprire quale fosse la gravità del pianeta di origine di Superman e, con opportuni raffronti si riesce a concludere che la gravità di Krypton è quindici volte superiore a quella della Terra.

E tu che ne pensi? Faccelo sapere!

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