La scienza dei materiali fantastici (tra kryptonite e ossidiana)

coltello ossidiana

La scienza dei materiali fantastici (come vibranio e kryptonite)

Narrativa, serie tv e cinema sono pieni di materiali dalle proprietà incredibili. Ma esistono veramente? Quali hanno presupposti scientifici?

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Se avete visto Black Panther avrete notato che gran parte della tecnologia di Wakanda – l’immaginario stato afrofuturista dove si svolge il film – è basata su un materiale eccezionale, il vibranio, un metallo venuto dallo Spazio. Non è certo l’unico materiale fantastico intorno a cui ruotano film, fumetti e altre franchise della fantascienza, dal dilitio di Star Trek all’acciao di Valyria di Game of Thrones. Ma cosa c’è di vero?

Vibranio e adamantio
Nell’universo Marvel, il vibranio è un metallo extraterrestre, giunto sulla Terra da un meteorite, con numerose sorprendenti caratteristiche. La principale è una enorme capacità di assorbire le vibrazioni (da cui il nome) e gli impatti – cosa che lo rende un ottimo materiale per lo scudo di Capitan America. Ci sono in realtà due varietà principali di vibranio: il vibranio del Wakanda e il vibranio antartico, che funziona un po’ al contrario. Quest’ultimo emette vibrazioni capaci di liquefare gli altri metalli.

L’adamantio, quello che si trova nella corazza di Ultron e nelle ossa di Wolverine per capirci, è invece una lega metallica praticamente indistruttibile, che è stata inventata invece proprio per cercare di imitare il vibranio.

La daga di ferro meteoritico dell'Imperatore Jahangil dell'India.

La daga di ferro meteoritico dell’Imperatore Jahangil dell’India.

Parlando della realtà scientifica, sfatiamo la possibilità che metalli incredibili ci caschino addosso dal cielo: la tavola periodica è la stessa in ogni parte del Cosmo. È vero che ci sono asteroidi fatti quasi interamente di metallo che potrebbero essere risorse minerarie inimmaginabili, ed è vero che il metallo contenuto in vari meteoriti è stato usato nella storia per fare armi, ma si tratta di ferro e nichel del tutto normali.

Questo anello è di carburo di tungsteno. Fonte:Wikimedia Commons.

Questo anello è di carburo di tungsteno. Fonte:Wikimedia Commons.

Ci sono materiali paragonabili al vibranio? Forse il carburo di tungsteno ci si avvicina. Due volte più forte dell’acciaio, conduttore di elettricità come un metallo, in durezza è secondo praticamente solo al diamante. A differenza del vibranio, che è anche leggero, il carburo di tungsteno è però molto pesante (la sua densità è tra l’oro e il piombo). Ed è anche più fragile: preso a forti martellate, un anello di carburo di tungsteno (sì, va di moda per gli anelli nuziali o di fidanzamento) si spacca. Un altro materiale promettente sono i  nanofilamenti di diamante, che potrebbero essere allo stesso tempo estremamente leggeri, duttili e incredibilmente forti – un buon sostituto per l’adamantio.

Quanto a convertire le vibrazioni in energia, dalla fine dell’Ottocento conosciamo i materiali piezoelettrici, che convertono le sollecitazioni meccaniche in elettricità. Li troviamo ovunque, dagli orologi al quarzo agli accendini, ma anche in applicazioni estremamente sofisticate come i microscopi a forza atomica o a effetto tunnel. Meno noto e più curioso il fatto che numerosi materiali biologici sono piezoelettrici -dalle ossa, al dna, addirittura interi virus. Insomma, c’è un po’ di vibranio in ognuno di noi.

E il vibranio antartico, capace di sciogliere gli altri metalli? Non ci sono metalli capaci di annientarne altri a distanza, ma guardate cosa fa una goccia di mercurio, un metallo liquido, su una barra di alluminio:

Succede perché, amalgamandosi, il mercurio disturba la copertura di ossido che si trova naturalmente su tutti gli oggetti di alluminio e permette all’alluminio di reagire continuamente con l’atmosfera. In pratica l’alluminio arrugginisce con devastante rapidità.

Kryptonite
L’unica cosa che può vincere il supereroe più invincibile di tutti i tempi, Superman, è proprio la kryptonite: un minerale (normalmente verde) del suo mondo natale, Krypton, capace prima di indebolirlo e poi, a lungo termine, di ucciderlo.

Esiste un elemento chimico che si chiama krypton. Ma è un cosiddetto gas nobile, quasi del tutto inerte, e che non ci causa alcun danno. Qualche tempo fa è stato anche scoperto un minerale che ha quasi la stessa composizione chimica della kryptonite (a dar retta al film Superman Returns), ma che non ha alcun effetto particolare.

Marie Curie, col marito Pierre, in laboratorio.

Marie Curie, col marito Pierre, in laboratorio.

La nostra kryptonite sono probabilmente i metalli radioattivi. Il caso più eclatante è forse quello di Marie Curie, la cui salute si deteriorò fino alla morte proprio perché, non essendoci all’epoca alcuna idea del pericolo, manipolava senza alcuna precauzione isotopi radioattivi – notoriamente girava con bottiglie di polonio e radio in tasca. Al punto che tuttora i suoi quaderni di laboratorio sono talmente radioattivi da dover essere tenuti in scatole di piombo. E proprio l’elemento chimico polonio è talmente pericoloso da essere usato anche dai servizi segreti per liberarsi di personaggi a loro scomodi, come è avvenuto all’agente Alexander Litvinenko e forse anche a Yasser Arafat.

Acciaio di Valyria e vetro di drago
Spostandoci dai supereroi al mondo del Trono di Spade, troviamo due materiali particolari. Il primo è il leggendario acciaio di Valyria, con cui si costruiscono le spade più forti, leggere e affilate – e capaci di uccidere gli Estranei. Wired ne ha già parlato estesamente: qui ricordiamo solo che è probabilmente ispirato all’acciaio di Damasco, un antico tipo di lame estremamente resistenti e affilate le cui proprietà sembrano legate alla presenza di nanotubi di carbonio.

Un coltello ceremoniale mixteco in ossidiana.

Un coltello ceremoniale mixteco in ossidiana.

L’altro materiale regolarmente citato nella saga, e anch’esso tra i pochi capaci di sconfiggere un Estraneo, è il vetro di drago. Una roccia tagliente, nera e dall’aspetto appunto vetroso. Questo sembrerebbe coincidere con l’ossidiana, un minerale che si forma quando una lava vulcanica ricca di quarzo si raffredda rapidamente – in Italia si trova principalmente a Lipari, Pantelleria e sul Monte Arci in Sardegna. Venne usata effettivamente per costruire lame nel Neolitico; oggi, non essendoci Estranei in giro da ammazzare, usiamo l’ossidiana per altri scopi -oggi la si può trovare in bisturi sperimentali o perfino nei basamenti per giradischi.

Ghiaccio nove
Nel romanzo di fantascienza Ghiaccio nove di Kurt Vonnegut, tutto gira intorno a una sostanza dalle caratteristiche apocalittiche: il ghiaccio nove, appunto. Che non è altro che acqua, ma in una forma molecolare particolare, capace di restare solida a temperatura ambiente. Il problema è che il ghiaccio nove è capace di convertire l’acqua liquida in altro ghiaccio nove, innescando una reazione a catena per cui un granello di ghiaccio nove gettato in mare potrebbe trasformare tutti gli oceani in un unico blocco solido, annientando la vita sulla Terra.

Anche qui, una forma di ghiaccio nota come ghiaccio nove esiste davvero: ma è una forma di ghiaccio stabile solo a basse temperature e altissime pressioni, e che non è assolutamente in grado di trasformare l’acqua normale in altro ghiaccio nove.

Il meccanismo dietro il racconto di fantascienza non è del tutto insensato però: a ipotizzare una sostanza del genere fu nientemeno che il padre della chimica fisica, il premio Nobel Irving Langmuir. Molecole di ghiaccio nove altrettanto inquietanti ed effettivamente letali possono trovarsi nientemeno che nel nostro cervello. Sono i prioni: le proteine che causano la cosiddetta malattia della mucca pazza. La cosiddetta proteina prionica è una proteina normale del cervello, ma può esistere in almeno due conformazioni, una sana, e una patologica. La conformazione patologica può trasformare altre molecole “sane” nella conformazione patologica: una reazione a catena per cui alla fine la proteina si accumula sotto forma di aggregati e fibre, che uccidono i neuroni. Una specie di variante biomolecolare di una catastrofe di zombies. Un meccanismo simile è implicato anche nello sviluppo dell’Alzheimer e del Parkinson. Da notare che il romanzo di Vonnegut è del 1963, mentre i prioni vennero scoperti solo nel 1982: un buon esempio di fantascienza che prevede la realtà.

Dilitio
Qualsiasi trekker sa che i motori a curvatura, che permettono di vagabondare per la Galassia a velocità ben superiori a quella della luce, funzionano solo grazie al prezioso dilitio. La sua caratteristica unica sarebbe quella di poter mantenere, all’interno del suo reticolo cristallino, notevoli quantità di antimateria – controllando l’antimateria, permette di controllare le enormi quantità di energia necessarie per il viaggio interstellare. Ebbene, il dilitio, ovvero una molecola composta da due atomi del metallo leggero litio, esiste davvero. Però è un gas, e non ha particolari utilizzi tecnologici, se non come utile modello per ricerche di chimica-fisica fondamentale.

Illustrazione di un razzo a fusione nucleare in arrivo verso Marte

Illustrazione di un razzo a fusione nucleare in arrivo verso Marte

Il litio (senza il di) però potrebbe avere un ruolo nel viaggio interplanetario. Potrebbe infatti essere un componente fondamentale della tecnologia dei razzi a fusione nucleare: anelli di litio o alluminio controllati magneticamente potrebbero comprimere un pellet di deuterio e trizio (due isotopi dell’idrogeno) per avviare la fusione nucleare. Dimenticate il motore a curvatura, e anche la velocità della luce resterebbe ancora lontana; ma se in futuro il concetto fosse realizzato permetterebbe di raggiungere Marte in un mese.

Cavorite
Ben prima di Star Trek, l’idea di un materiale fantastico capace di farci volare nello spazio era venuta al padre nobile della fantascienza, Herbert George Wells. Nel romanzo del 1901 I primi uomini sulla Luna (potete leggerlo gratis grazie al Progetto Gutenberg) il dottor Cavor scopre un materiale, la cavorite, capace di negare la forza di gravità. Per la precisione, tutta l’aria sopra alla cavorite cessa di avere peso, e la pressione dell’aria sottostante spara il campione di cavorite verso l’alto. Grazie a un razzo a base di cavorite, Cavor e l’affarista Bedford suo sodale riescono a raggiungere la Luna, che troveranno abitata da bizzarri esseri. La cavorite di Wells verrà ripresa poi da altre opere del fantastico, prima fra tutti probabilmente il fumetto La Lega degli Straordinari Gentlemen di Alan Moore e Kevin O’Neill.

Una capsula spaziale ad antigravità arriva sulla Luna, nel 1901.

Una capsula spaziale ad antigravità arriva sulla Luna, nel 1901.

Per quanto ne sappiamo, non esiste nessun materiale capace di alterare la gravità in modi particolari. A quanto ne sappiamo la gravità è una forza attrattiva che dipende dalla massa del materiale, senza fare distinzioni. Qualcuno ha teorizzato che certi materiali superconduttori potrebbero fare da specchi alle onde gravitazionali – ma anche se fosse confermato, non significherebbe abolire la gravità.

C’è un grosso ma aperto, però: come si comporta l’antimateria con la gravità? Tutto quello che sappiamo della gravità deriva dal comportamento della materia, non dell’antimateria. Sperimentalmente non sappiamo se una massa di materia o di antimateria si attraggano o si respingano. In realtà la maggior parte delle teorie dicono che dovrebbe essere attratta dalla gravità come la materia normale, e che la gravità non fa distinzioni tra masse di materia e di antimateria. Ci si sta lavorando: e chissà che un giorno non vedremo un grumo di antimateria schizzare verso il cielo, come aveva immaginato Wells nell’Inghilterra vittoriana.

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