Afgelopen donderdag ging Thor: The Dark World in première. Hoewel het bij de botsing van mythologische (half)goden en niet-menselijke slechteriken nog een hele opgave is om een verscholen wetenschappelijke invalshoek te vinden, was de eerste film over deze superheldenversie van de Noorse dondergod aanleiding voor een bijzonder lollige wetenschappelijke discussie. De centrale vraag waarover onenigheid bestond? Hoeveel weegt Thor’s hamer?
De hamer van Thor is een mythisch wapen. Mjölnir, zoals het ding ook wel heet, is volgens de strips waarop de film gebaseerd is onder meer ‘sterk genoeg om bergen te verwoesten’ en kan krachtvelden genereren waarin je explosies kunt vangen die ‘krachtig genoeg zijn om een sterrenstelsel te verwoesten’. Wow.
Daarbij steekt de filmversie van het wapen waarmee de langharige halfgod zijn klappen uitdeelt wat schril af… hoewel: het filmwapen kan net als de stripversie bliksem oproepen (toch geen kattenpis) en blijkt in onder andere The Avengers meer dan geschikt om buitenaardse wezens een fiks pak rammel mee te verkopen.
300 miljard olifanten
Wetenschappelijk klopt er van Mjölnir natuurlijk niets, maar dat hield drie wetenschappers vlak na de release van de vorige film gelukkig niet tegen een interessant gedachtenexperiment te doen om antwoord te geven op de volgende vraag: als de hamer van Thor écht zou bestaan, hoeveel zou deze dan wegen?
De bekende Amerikaanse astrofysicus Neil DeGrasse Tyson beet destijds het spits af met de volgende tweet:
If Thor’s hammer is made of neutron-star matter, implied by legend, then it weighs as much as a herd of 300-billion elephants
— Neil deGrasse Tyson (@neiltyson) February 5, 2013
Met andere woorden: als de hamer van Thor zou bestaan, zou hij net zoveel wegen als een kudde met 300 miljard olifanten. Best zwaar, dus.
Tyson baseerde die berekening op het feit dat de hamer van Thor gemaakt zou zijn van ‘het hart van een stervende ster’. En stervende sterren, zo wist Tyson, zijn bijzondere kosmische voorwerpen.
Witte dwerg
Tijdens hun leven halen sterren hun energie uit kernfusie, waarbij lichte elementen in steeds zwaardere worden omgezet. Een ster bevat in het begin nog vooral waterstof en helium, maar maakt tijdens zijn leven steeds zwaardere elementen. Daardoor ontstaat in zijn binnenste een soort ui-achtige structuur, waarbij de kern in lagen naar binnen steeds zwaardere elementen bevat. Het binnenste gedeelte is van ijzer – een stof die de ster door fusie niet nog zwaarder kan maken.
Door het krachtenspel in de ster is de dichtheid van die ijzeren kern enorm en de hoeveelheid zwaartekracht die deze heel zware kern levert is gigantisch. De gasdruk en stralingsdruk van de ster zijn daarom niet langer in staat voldoende tegendruk te leveren om de boel in balans te houden, waardoor de ster uiteindelijk zal sterven – bijvoorbeeld in een supernova-explosie of, als de ster oorspronkelijk minder zwaar was, als witte dwerg.
De enorme dichtheid in de kern vlak voordat de ster sterft, zorgt er echter voor dat daar een bijzondere vorm van materie ontstaat: sterk op elkaar gepakte materie die alleen nog maar uit neutronen bestaat en daardoor bijzonder zwaar is. En een beetje van die materie ter grootte van de hamer van Thor, zo berekende Tyson, moest zoveel wegen als 300 miljard olifanten.
Gesmeed in een stervende ster
Hoewel die conclusie klopt, had Tyson de mythologische oorsprong van de hamer helaas verkeerd begrepen – iets waar de Amerikaanse materiaalkundige Suveen Mathaudhu, Tyson dan ook snel op wees.
Het bleek namelijk dat volgens de film de hamer van Thor niet gemaakt was van een stervende ster, maar gesmeed was in een stervende ster, iets dat tot een net iets andere conclusie over het gewicht van de hamer leidt.
‘Tyson deed wat aannamen en ging ervan uit dat Thor’s hamer niet kon worden opgepakt vanwege dat enorme gewicht’, zei Mataudhu toen ik hem vroeg naar deze anecdote. ‘Dat is niet waar, zelfs niet in de mythologie van Marvel. De hamer kan niet opgepakt worden omdat je waardig genoeg moet zijn om het op te pakken, niet omdat het superzwaar is.’
Daarom kan Thor – waardig – de hamer wel dragen, maar lukt het bijvoorbeeld de supersterke Hulk – onwaardig – in The Avengers niet om het ding op te tillen; iets dat Mjölnir ook meteen tot het enige voorwerp maakt dat de Hulk niet kan tillen.
‘Vervolgens gingen er op internet wat theorieën rond die stelden dat de hamer exact 42,3 pond (19,19 kg) zou wegen, omdat dat op de officiële verzamelkaartjes van Marvel stond’, zegt Mathaudhu. ‘Maar toen ik dat gewicht terug rekende op basis van de grootte van de hamer, bleek het materiaal van de hamer een lagere dichtheid te hebben dan aluminium. Volgens Marvel is dit dus een heel, heel lichte hamer.’
Metallisch waterstof
Daarop postuleerde Mathaudhu wat nieuwe ideeën. Hij was op zoek naar een materiaal dat de juiste dichtheid kon hebben in de kern van een stervende ster. ‘Jupiter bleek bijvoorbeeld vloeibaar waterstof in de kern te hebben. Dus om de discussie verder te helpen, opperde ik het idee dat de hamer van Thor misschien gemaakt was van metallisch waterstof’, zegt hij. Metallisch waterstof ontstaat wanneer vloeibaar waterstof onder gigantische hoeveelheden druk komt te staan. Daardoor kan de stof in een toestand raken waarbij het overeenkomsten gaat vertonen met een metaal. Hoewel de exacte dichtheid van metallisch waterstof niet bekend is, is het volgens Mathaudhu niet onredelijk dat een hamer van deze stof rond de 20 kilogram zou wegen – het gewicht dat op de verzamelkaart van stripuitgever Marvel stond afgedrukt.
‘Tyson gaf toe dat hij het bij het verkeerde eind had, maar zei wel dat ik inmiddels de fysica aan het uitleggen was met behulp van magie’, zegt Mathaudhu.
Dat was het punt waarop een derde wetenschapper zich met de discussie ging bemoeien. Die wetenschapper was fysicus James Kakalios, iemand die ik op dit blog al eerder noemde. Kakalios is vooral bekend als auteur van het boek The Physics of Superheroes, waarin hij simpele natuurkundeprincipes uitlegt aan de hand van voorbeelden uit superheldenstrips.
Gravitonen
‘Kakalios dacht dat de hamer vermoedelijk een manier had om gravitonen uit te stoten’, zegt Mathaudhu. Gravitonen zijn hypothetische deeltjes die zwaartekracht kunnen overbrengen. ‘Dat zou het materiaal in staat stellen om zelf zijn massa en dichtheid te bepalen’, zegt hij, ‘zodat het zwaar is als het dat wil en licht is als het dat wil.’
Die eigenschap zou meteen verklaren waarom de hamer soms wel en soms niet opgepakt kan worden – iets dat zo lekker in de bekende stripboekmythologie past dat het inmiddels zelfs is opgenomen in de strips. ‘Het werd genoemd in de Indestructible Hulk #8′, zegt Mathaudhu. ‘Bruce Banner heeft het daarin over hoe de hamer van Thor zou kunnen werken en zegt vervolgens dat zijn favoriete theorie, de theorie is van professor James Kakalois, die stelt dat de hamer gravitonen kan uitzenden.’
Die verklaring, meent Mathaudhu, haalt de hamer uit de magische stripwereld en naar de onze. ‘De fysica maakt dit mogelijk, maar Thor’s hamer is niet iets dat we op dit moment zouden kunnen maken’, stelt hij. Een materiaal dat zijn eigen gravitonen kan maken en de mate waarin het die uitstoot kan aanpassen, is daarom voorlopig nog toekomstmuziek. Sterker nog: eerst moet iemand überhaupt maar eens aantonen dat deze deeltjes ook buiten de natuurkundige tekentafel bestaan. Tot die tijd is de discussie over Thor’s hamer dan ook niets meer – maar ook niets minder – dan een lollige illustratie van hoe baanbrekende wetenschap zelfs op de meest onverwachte plekken zijn opwachting kan maken.
Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.
Lees verder: