Zmniejszanie ludzi to motyw przewijający się w fantastyce od bardzo dawna. Weźmy choćby bohaterkę „Alicji w krainie czarów” z 1865 r. i jej nieustające zmiany rozmiarów ciała, nad którymi nijak nie mogła zapanować. W niezliczonych książkach, filmach i komiksach pojawiają się tajemnicze promienie, które zmniejszają ludzi i różne przedmioty. Nic więc dziwnego, że bohater trafiającego niedługo na ekrany kin filmu „Ant-Man” potrafi się skurczyć do wielkości mrówki. Co ciekawe, zgodnie z prawami fizyki taki zabieg naprawdę uczyniłby z niego superbohatera!

Zanim jednak do tego dojdziemy, musimy zastanowić się nad samym zmniejszaniem czegokolwiek, a w szczególności człowieka. Najprościej byłoby to zrobić, pozbywając się większej części materii, z której dany obiekt jest zbudowany.

Jak ścisnąć atomy?

Prowadzi to jednak w ślepą uliczkę, którą już dawno temu wskazał znany pisarz Isaac Asimov: „Miniaturyzacja nie ma sensu, dopóki nie zminiaturyzujemy samych atomów. Inaczej malutki człowiek miałby malutki mózg zbudowany z niewielkiej liczby atomów – zbyt małej, aby taki zminiaturyzowany człowiek mógł być bardziej inteligentny od mrówki. A zgodnie z prawami fizyki kwantowej miniaturyzacja atomów jest niemożliwa”.

Zgadza się z tym polski specjalista w dziedzinie fizyki kwantowej dr hab. Andrzej Dragan z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. „Nie ma na Ziemi takiej siły, która pozwoliłaby ścisnąć człowieka do rozmiarów mrówki przy zachowaniu jego masy” – mówi uczony. Takie zjawisko może zachodzić w ekstremalnych warunkach, np. we wnętrzu gwiazd neutronowych. Atomy zostają tam tak ściśnięte, że powstaje z nich supergęsta materia złożona z samych neutronów. Z czegoś takiego nie dałoby się jednak stworzyć człowieka, którego ciało działa dzięki reakcjom chemicznym między atomami.

Dr Spiros Michalakis z California Institute of Technology, który był konsultantem naukowym filmu „Ant-Man”, sugeruje inne rozwiązanie. Ostatecznie materia w większości składa się z próżni. Elektrony obiegające jądro złożone z protonów i neutronów stanowią tylko ułamek objętości całego atomu. Można więc wyobrazić sobie, że go trochę zmniejszymy. Jeśli skłonimy elektrony, by krążyły bliżej jąder, atomy staną się mniejsze, a nasz człowiek mrówka zachowa swoją wagę i złożoność budowy. Jak to zrobić? Tego naukowcy na razie nie wiedzą. Twórcy Ant-Mana odwołują się do fikcyjnej „cząsteczki Pyma”, która miałaby pozwalać na dowolne ściskanie bądź rozciąganie atomów.

Mały, czyli wytrzymały

„Nie można bezkarnie kogoś przeskalować, bo zmiana rozmiarów kompletnie zmienia zasady mechaniki odnoszące się do tego obiektu. Można jednak bez problemu wyobrazić sobie, dlaczego zgodnie z prawami fizyki samo zmniejszenie człowieka mogłoby uczynić go superbohaterem” – mówi dr hab. Dragan. Najłatwiej jest wytłumaczyć to na przykładzie zwierząt różnej wielkości.

Małe stworzenia, takie jak koty, mają bardzo cienkie kości w stosunku do całego organizmu. Z kolei szkielet słonia jest tak masywny, że zajmuje bardzo dużo miejsca w jego ciele. Dzięki temu to ogromne zwierzę może w ogóle funkcjonować na lądzie. Im większe rozmiary, tym masywniejsze muszą być kości. Dlatego gigantyczne pająki z „Władcy Pierścieni” czy „Hobbita” nie mogłyby istnieć – byłyby tak ciężkie, że masa ich ciał połamałaby im szkielety, czyli chitynowe pancerze.

A co z mrówką? Ona w ogóle nie ma kości, bo ich nie potrzebuje. „Jeśli zmniejszylibyśmy człowieka do takich rozmiarów, zachowując przy tym ludzką budowę ciała, jego wytrzymałość byłaby ogromna” – wyjaśnia dr hab. Dragan. Wynika to także z faktu, że pomniejszone mięśnie dałyby Ant-Manowi nadnaturalną siłę. Prawdziwa mrówka jest wszak w stanie podnieść obiekt sto razy cięższy niż ona sama!

 

Tu pojawia się przewaga Ant-Mana nad Hulkiem. „Napompowany” olbrzym musiałby mieć bardzo masywne kości, a jego mięśnie byłyby relatywnie słabsze. Mimo imponującej postury Hulk byłby raczej mizernym superbohaterem.

Szybki jak mrówka

Ze zmianami rozmiarów wiążą się jeszcze inne korzyści. Mrówka chodzi zawsze w takim samym trybie, nie stosując „zmiany biegów”. Koń stosuje różne rodzaje chodu, w zależności od tempa. Podobnie jak człowiek, który zwiększając prędkość chodzenia, w pewnym momencie musi zacząć biec. Dlaczego? Kiedy idziemy, oddziałują na nas dwie siły: ku ziemi przyciąga nas grawitacja, a odpycha siła odśrodkowa. Ta druga wynika z tego, że nasz środek ciężkości przemieszcza się po łukowatym torze (ma to związek z kołysaniem się ciała). Im szybciej idziemy, tym większa jest siła odśrodkowa w porównaniu z grawitacją. Zawodnicy uprawiający chód sportowy stosują dziwny styl chodzenia właśnie po to, by minimalizować oscylacje środka ciężkości i zmniejszyć tę siłę. Jednak w pewnym momencie i oni musieliby zacząć biec – inaczej siła odśrodkowa by ich przewróciła.

W przypadku małych obiektów, takich jak mrówki, układ sił wygląda inaczej. Grawitacja w ich przypadku jest znacznie silniejsza niż siła odśrodkowa. Dlatego mrówka – czy zminiaturyzowany człowiek – może po prostu chodzić z dużą prędkością. „Po zmniejszeniu rozmiarów przemieszczanie się byłoby łatwiejsze. Również wszystkie inne ruchy stałyby się znacznie szybsze” – dodaje dr hab. Dragan.

Za mało miejsca  na elektronikę

To jednak koniec zalet bycia mikrobohaterem. Człowiek mrówka nie byłby w stanie od-dychać, ponieważ cząsteczki powietrza miałyby zbyt dużą objętość względem jego układu oddechowego. Nie zmieściłoby się ich wystarczająco dużo w płucach bohatera, by zasilić ludzki metabolizm. Równie trudne byłoby dostarczanie mu energii, czyli jedzenia. Trzeba też pamiętać  o tym, że małemu trudno utrzymać odpowiednią temperaturę – ciepło szybciej ucieka z mniejszego ciała. Dlatego stałocieplny minibohater musiałby niemal bez przerwy jeść.

Tym negatywnym skutkom miniaturyzacji mógłby oczywiście zapobiec kombinezon Ant-Mana wyposażony w nieznane dziś technologie. Ale i tu pojawia się przeszkoda natury fizycznej. Po tak radykalnym skurczeniu sprzęt po prostu przestałby działać. Dzisiejsze układy elektroniczne w komputerach mają już niemal najmniejsze możliwe rozmiary. Jeśli nawet udałoby się „ścisnąć” tworzące je atomy, nie załatwia to sprawy. Ant-Man nie zdołałby na przykład użyć telefonu komórkowego, bo tak mała antena nie byłaby w stanie przekazać sygnału radiowego.

„Przeskalowując człowieka, praktycznie wszystko – od mechaniki przez fizjologię po elektronikę – trzeba by przemyśleć od nowa. Uwzględnienie tego w filmie byłoby niemożliwe, bo od nadmiaru detali i niuansów rozsypałaby się cała fabuła” – uważa dr hab. Dragan. Dlatego oglądając przygody Ant-Mana, warto pamiętać, że nadal należy on – tak jak Alicja – raczej do Krainy Czarów niż nauki.