Watchmen: The Science of Doctor Manhattan

(Afbeelding tegoed: DC)

Van alle personages die Alan Moore en Dave Gibbons bevolken wachters , valt de gloeiende, blauwe figuur van Dr. Manhattan op als een goddelijk wezen dat schijnbaar onbegrijpelijk is.

(Afbeelding tegoed: DC)

Maar toen de filmmakers van Wachters uit 2009 het personage benaderde, was het essentieel om zoveel mogelijk over Dr. Manhattan en zijn vreemde krachten te begrijpen. Dus riepen ze de hulp in van James Kakalios, een professor natuurkunde aan de Universiteit van Minnesota die het boek schreef, De fysica van superhelden .

Kakalios trad op als wetenschappelijk adviseur voor de film en begeleidde de filmmakers bij alles, van hoe een natuurkundig laboratorium eruitziet tot de psychologie achter geobsedeerde onderzoekswetenschappers. Maar veel van de gesprekken gingen over de raadselachtige Doctor Manhattan, iets wat Kakalios - een fan van de stripboeken van Watchmen - maar al te graag had besproken.

'De meeste van [dr. De krachten van Manhattan, hoewel niet alle, hebben een kwantummechanisch aspect', legt Kakalios uit. 'We spraken over de dingen die je kon zien die elektronen doen, en je moet een grote sprong in het diepe maken om het te extrapoleren naar Dr. Manhattan die deze dingen doet, maar op de een of andere manier bevindt het zich in dezelfde brede suspension of disbelief.'

In de film, en ook in de veelgeprezen stripreeks waarop het is gebaseerd, kreeg de blauwe huid Doctor Manhattan zijn capaciteiten nadat hij was betrapt in een kamer die een 'intrinsieke veldaftrekker' wordt genoemd. Volgens het verhaal van Alan Moore en Dave Gibbons veranderde de ervaring hem in een op kwantum gebaseerde superheld die schijnbaar buiten ruimte en tijd zou kunnen bestaan, teleporterend en uiteenvallend in verschillende kopieën van zichzelf.

(Afbeelding tegoed: DC)

Newsarama sprak met professor Kakalios over een paar van zijn theorieën over de wetenschap achter Dr. Manhattan - ten eerste... wat is een 'intrinsieke veldaftrekker'?

'In de graphic novel zegt Wally Weaver: 'Wat als er een soort veld was dat alles bij elkaar houdt, behalve de zwaartekracht?' Dat noemen ze het intrinsieke veld.

Hoewel de term 'intrinsiek veld' niet wordt gebruikt om dat concept in de echte wetenschap te beschrijven, heeft het idee wel een basis in de realiteit.

'Wetenschappers zeggen nu: 'Behalve de zwaartekracht, welke andere krachten houden de dingen bij elkaar?'', zegt hij. 'Elektromagnetisme is in feite de kracht die je atomen bij elkaar houdt, en dan is er een sterke kernkracht en een zwakke kernkracht die aan de binnenkant van je kernen werken, in je atomen. En de sterke kracht houdt je kernen bij elkaar.

'Eerder vandaag, tijdens een colloquium van een van mijn collega's, had hij het over de eenwording van de sterke kracht, de zwakke kracht en de elektromagnetische kracht. Het komt alleen voor bij een energie die zo groot is dat we ons niet eens kunnen voorstellen die te creëren', zegt Kakalios. 'Je hebt een biljoen keer krachtigere deeltjesversneller nodig dan de krachtigste deeltjesversneller die ooit is gebouwd om die regimes te bereiken.

Krediet: Warner Bros. Pictures

'Dus die kamer is behoorlijk zwaar waar Jon Osterman in wordt opgesloten. Maar dat zijn het soort details die, in termen van het verhaal, niet erg belangrijk zijn. En hoewel het een bijna onvoorstelbaar vermogen zou vereisen, is het iets dat je kunt vinden onder de brede kwast van de kwantumfysica.'

Dus als we dit fictieve wetenschappelijke idee van een 'intrinsiek veld' begrijpen, ligt de volgende vraag voor de hand: als je iemands intrinsieke veld zou kunnen uitschakelen, wat zou er dan gebeuren?

'Er zou geen elektromagnetisme zijn om de atomen bij elkaar te houden, er zou geen sterke kracht zijn om de kernen van de atomen bij elkaar te houden', zegt Kakalios. 'Je zou letterlijk uiteenvallen op subatomair niveau.'

'Nou, je zou zeker niet in staat zijn om jezelf weer in elkaar te zetten. Maar zonder dat is er geen verhaal', voegt Kakalios toe. 'De eerste sprong in het diepe is dat ze op de een of andere manier genoeg kracht kunnen produceren om hem aan stukken te scheuren, en de grotere sprong in het diepe is dat hij in staat is terug te komen.'

Over sprongen gesproken, een van de belangrijkste aspecten van de vaardigheden van Dr. Manhattan is teleportatie. Kakalios zegt dat hoewel 'teleportatie' niet echt een wetenschappelijke term is, er een kwantummechanisch fenomeen is dat 'kwantumtunneling' wordt genoemd en dat het vermogen van Dr. Manhattan zou kunnen verklaren.

(Afbeelding tegoed: DC)

'Quantumtunneling is waar een elektron zich in het ene metaal kan bevinden en het plotseling in een ander metaal kan verschijnen, ook al wordt het gescheiden door een vacuüm van lege ruimte', legt hij uit. 'En het kan met enige waarschijnlijkheid gebeuren, zelfs als het elektron nooit genoeg energie heeft om te vonken en van het ene metaal naar het andere te springen. Omdat het een golfachtig karakter heeft, kan een deel van de golf eigenlijk uit het ene metaal lekken, en als de golf zich ver genoeg uitstrekt, kan het in het tweede metaal terechtkomen. En dan is er een kans dat die er is.'

Kakalios zegt dat kwantummechanische tunneling een zeer bekend concept is, dat decennia geleden is ontdekt.

'Dit is iets waarvan ik uiteindelijk niet weet of iemand dit echt, volledig begrijpt. Ze wennen er gewoon een beetje aan', lacht hij. 'Er zitten nu tunneldiodes in je mobiele telefoon die gebruik maken van dit kwantummechanische proces om de stromen te regelen zodat je mobiele telefoon functioneert. En kwantummechanische tunneling is de basis om microscopen te kunnen maken die individuele atomen in oppervlakken kunnen zien. Dus op een gegeven moment hebben we dit goed genoeg begrepen dat we apparaten kunnen ontwerpen, zodat we er een routinematig fenomeen van kunnen maken. Maar het is echt heel bizar dat het überhaupt werkt.

'In zekere zin is het als teleportatie. Die woorden gebruiken we niet graag', zegt hij. 'Maar we gebruiken een al even onbegrijpelijk woord: 'tunneling'.

Omdat Dr. Manhattan zichzelf op kwantumniveau kan beheersen, lijkt zijn teleportatie hoogstwaarschijnlijk op kwantumtunneling, theoretiseert Kakalios.

'Dit is een van die dingen waarvan je zegt: 'Nou, dit is mijn opschorting van ongeloof', ook al blijkt het echt waar te zijn', zegt hij.

'Dokter Manhattan kan zijn waarschijnlijkheidsfunctie natuurlijk naar believen aanpassen, zodat hij zijn golffunctie helemaal tot aan Mars kan uitbreiden en ervoor kan zorgen dat hij verschijnt waar hij wil zijn', zegt de expert. 'Zelfs voor elektronen weten we niet hoe we zoiets moeten doen. Maar achter zijn teleportatie zit het kleinste klompje van de een of andere echte wetenschap.'

Een secundair vermogen daarbij, in de strips en de films, is het vermogen van Doctor Manhattan om op meer dan één plaats tegelijk te zijn. Ook dat zou wetenschappelijk verklaard kunnen worden - een soort van.

(Afbeelding tegoed: DC)

'Het is niet helemaal correct, maar dit is een van die dingen waarbij er een fenomeen is dat 'afbuiging' wordt genoemd, waarbij als een golf door twee smalle spleten gaat, het interferentiepatronen creëert. En in plaats van een enkele golf krijg je dit zeer gecompliceerde patroon', zegt hij.

Als een golf een grens passeert, kan het lijken alsof hij op veel locaties tegelijk is, legt Kakalios uit. Kakalios gebruikte het voorbeeld van een laserstraal die door een scherm gaat, dat als een reeks spleten fungeert. Als je die laser door een scherm zou richten, en dan naar een vlakke muur of oppervlak, zouden de punten van laserlicht evenveel lichtpunten in een patroon laten zien.

'Dat is laserlicht, en licht is een golf. Maar met elektronen kun je hetzelfde krijgen', zegt Kakalios. 'Maar jij zegt, wacht even; elektronen zijn geen golven. Elektronen zijn kleine klompjes materie. En toch zegt de kwantummechanica dat er een golf is die verband houdt met de beweging van elektronen, en als je het precies goed doet, zou je de elektronen eigenlijk hetzelfde type patroon kunnen laten creëren als het laserlicht lijkt. En dit fenomeen wordt 'defractie' genoemd.

'In sommige gevallen is het de vraag waar het elektron is? Het is een beetje overal verspreid', zegt hij. 'Dr. Manhattan is vermoedelijk in staat om dit te doen door zijn kwantummechanische golffunctie te beheersen.

'Als dit het geval was, zou dokter Manhattan natuurlijk niet in staat moeten zijn om alle jongens onafhankelijk te controleren. Ze moeten allemaal deel uitmaken van hetzelfde patroon. Maar die golfachtige aard van de elektronen die tot afbuigingspatronen leidt, is dezelfde golfachtige aard die leidt tot de tunnelverschijnselen waar ik het eerder over had. Het maakt dus allemaal deel uit van de prachtige mysteries van de kwantummechanica. En sommige aspecten hiervan kunnen we zien bij Dr. Manhattan.'

(Afbeelding tegoed: HBO)

Onze laatste vraag voor Kakalios is er een die voor veel mensen misschien hun eerste was: waarom is Dr. Manhattan precies blauw? Hoewel de kleur van Dr. Manhattan in de stripboeken hoogstwaarschijnlijk slechts een esthetische keuze van de kunstenaar was, zegt Kakalios dat de reden ook met wetenschap te maken kan hebben.

'Ik heb met de mensen met speciale effecten gesproken over waarom Dr. Manhattan blauw zou kunnen zijn, omdat er een natuurkundige reden voor is', zegt hij. 'Er is een fenomeen dat Cerenkov-straling wordt genoemd. En als hij hoogenergetische elektronen lekt, zou hij een blauwe gloed om hem heen creëren. En vermoedelijk, als hij de snelheid van de elektronen zou veranderen, zou hij zelfs veranderen hoe donkerblauw hij was zoals hij doet in de tv-studio in het boek.

'Omdat hij zichzelf atoom voor atoom moest herbouwen, liet hij vermoedelijk allerlei reserve-elektronen wegvliegen, waardoor hij een blauwe gloed kreeg', zegt Kakalios. 'En die snelle elektronen worden ook uitgezonden door bepaalde nucleaire isotopen als ze radioactief verval ondergaan. En in het bijzonder zeg ik Strontium-90.

(Afbeelding tegoed: DC)

'Dus als je iemand zou blootstellen aan een radioactief materiaal in een poging om hen kanker te geven, en je zou het willen wijten aan de straling die door Dr. Manhattan werd uitgestraald, dan is dit in feite een fysiek consistente manier waarop je zou kunnen ga je gang', zegt hij. 'Je zou Strontium-90 gebruiken, en een van de kenmerken is deze hogesnelheidselektronen, bètastralen genaamd, en Dr. Manhattan lekt constant hogesnelheidselektronen, en daarom gloeit hij blauw. Hij heeft dus wel een soort radioactieve handtekening die je met hem zou kunnen associëren.'

Hoewel Kakalios kan theoretiseren over de wetenschap achter Dr. Manhattan, is het een feit dat het natuurlijk geen hard feit is. Voor de film uit 2009 zei hij echter dat het Zack Snyder en de filmmakers een goede basis gaf om hun interpretatie van het personage op te bouwen.

Bovendien denkt hij dat nerds zoals hij, die van dit soort strips en films houden, het ook leuk zullen vinden om op zijn minst een klein deel van de wetenschap achter de superhelden te leren.

'Het is niet zo dat ik nu heb bewezen dat Dr. Manhattan het zo doet, want dat is gewoon onmogelijk. En als je boos bent om te ontdekken dat Watchmen fictief is, had ik moeten zeggen: Spoiler alert!' Kakalios lacht. 'Maar er is een klein stukje echte kwantummechanica dat je kunt vinden in het kader van het fictieve verhaal.

'En als je dit als startpunt gebruikt om een ​​beetje echte wetenschap te leren,' zei hij, 'nou, zoals we in de natuurkunde zeggen, beter blauw dan rood.'