X战警不科学?切,万磁王能飞这事,我现在就给你科学一下!

作者: 摇滚驴

来源: 果壳

发布日期: 2016-06-03

本文探讨了万磁王在X战警系列中飞行的科学原理,解释了其控制磁场的能力如何实现悬浮和飞行,并介绍了相关的物理理论和现实中的抗磁悬浮实验。

X战警新三部曲最终章《X战警:天启》上映在即,具有欧米伽级实力的鹰派大神万磁王这次站在了号称“5000年最强”的最初变种人“天启”一边,又一次试图让变种人统治世界。万磁王是漫威漫画中的超级反派,也是X战警的头号死敌。作为X教授的好友,两人因为在变种人与人类如何相处的问题上政见不和走上了截然不同的道路。在漫威漫画无数个平行世界里,万磁王的命运不尽相同,但他强大到近乎变态的能力却被粉丝们津津乐道。

在漫画和电影的设定中,万磁王的能力是控制磁场——作为一名能控制宇宙四大基本力之一电磁力的人,万磁王当然不会弱。他可以移动山脉和足球场、改变河流的方向、控制集成电路甚至对人实现精神控制;他制造的电磁脉冲曾让全球陷入停电,实在是“地球一小时”活动的最佳代言人。不过,或许我们都能理解万磁王可以用超能力移动铁块。但在漫画和电影里,万磁王还能让自己在天空中自由飞翔(严格意义上来讲是“悬浮”)。

这仅仅是因为他穿了铁盔甲吗?并不完全是,而且这里面的道理其实还挺科学的。

其实在漫画里,万磁王不只可以移动磁性金属,他还曾经用自己的能力移动过巨石,这又是怎么回事呢。实际上,让物体悬浮并不需要复杂和高深的物理理论:万有引力、静电力和磁力分别是质量、电荷和磁体的基本属性,它们的存在不需要能量维持。所以,要利用这些基本作用力能实现物体悬浮,是不需要外界提供能量的。

在讨论这个问题之前,我们需要简单介绍一下物质的磁场特性:自然界中的物质根据对外部磁场的反应大致可分为:铁磁物质、顺磁物质和抗磁物质。物质的每一个质子、电子和中子中都具有微小的磁场,电子围绕原子核运动,也会产生磁场。一般原子中电子的微型磁场有自行配对的习惯,当配对完成后,原子的合磁场为零,类似于磁铁异性相吸的原理。

那么,万磁王能飞,也是因为他可以控制自己血液里的铁吗?答案当然没有那么简单,特别是人体中的铁主要存在于血红蛋白中,在任何时刻,血液中只有很小一部分会被外部磁场吸引3,万磁王要想通过铁元素来控制人体悬浮,恐怕又要上演一出脑力衰竭的戏码了。

所以,要实现这一目标,还是得获得抗磁物质的帮助。与铁磁物质和顺磁物质不同,抗磁物质的感应磁场总是与外部磁场相反,原子磁性排列总是试图抵消外部磁场的影响。抗磁性本质上一种量子物理效应,任何物质在磁场的作用下,都会产生抗磁效应。但由于抗磁效应很微弱,当物质存在顺磁或铁磁效应时,抗磁效应就被掩盖了。

可是,万磁王并不在乎这些,他可以随心所欲地控制磁场,把自己抬起实在是分分钟的小事。

根据官方资料,他可以发出大于地球磁场20万倍的磁场,被磁化人体中的反磁性原子即会被诱导成同一个方向,对磁场产生斥力。最终,磁场相互排斥产生的上升力大于人体受到的重力,两者合成力仍是上升力,凡人就会被轻松举起。如上所说,要做到这一点需要非常强的磁场,而且如果人越重,需要的磁场就越强。所以,万磁王耍帅也是需要成本的,比起控制铁磁材料来说,磁化一件抗磁性物体要难得多——也许这就是他总穿着铁制盔甲的原因。

实际上,物体悬浮不只存在于电影中。强抗磁体热解石墨薄片就可以稳定地悬浮在永磁体之上。根据理论推导3,磁介质在磁场中的受力与磁感应强度B 的平方成正比,平衡重力所需要的磁场强度并没有达到无解的级别(这对万磁王来说,真是个好消息)。2000年搞笑诺贝尔奖的获得者盖姆(Andre Geim)就曾经用中等强磁场(16T)将一只青蛙成功地悬浮了起来,其中就是利用了青蛙的抗磁性原理5。

2009年9月,美国宇航局喷气推进实验室(NASA's Jet Propulsion Laboratory)采用超导磁体成功地将一只小白鼠悬浮在空中6,这是抗磁体悬浮技术的一大进步,因为小鼠的生物组成更接近人类7。此后,实验室计划对骨骼和肌肉组织进行试验,验证人体悬浮的可能性。

综上所述,万磁王能够让自己和他人悬浮和飞行的原理是他能够产生非常强大的磁场,足以从本质上极化抗磁体内部原子的磁场。他通过控制磁力,将我们和其他物质都变成了磁性物质,并通过磁场间的斥力抬升了物体。无论是铁磁体、顺磁体还是抗磁体,自然界的物质都逃脱不了万磁王的手心。万磁王乃是名副其实的万物磁性之王,是的,这还挺科学的。

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