يمكن لبعض الأبطال الخارقين أن ينموا لحجم مبنى إذا ارادوا. هذا مخيف جداً! ولكن يجب أن نسأل العلماء من أين تأتي المواد الإضافية. قانون مصونية الكتلة ينص على أن الكتلة لا تخلق ولا تفنى، هذا يعني أن كتلة بطلنا لن تتغير لمجرد أن حجمه تغير. مثلاً،عندما كنا نخبز كعكة اسفنجية ناعمة، على الرغم من أن الناتج طيب المذاق إنه أكبر بكثير من حجم خليط الكعكة التي وصلت إلى الفرن، وزن خليط الكعكة مازال مساوياً لوزن الكعكة بالإضافة إلى الرطوبة التي تبخرت. في المعادلة الكيميائية، الجزيئات أعادت الترتيب لصنع مكونات جديدة، لكن مع ذلك يجب أخذ جميع المكونات بعين الإعتبار. فعندما يتمدد بطلنا من طول 6 أقدام إلى طول 18 قدم، طوله 3 أضعاف، يقول قانون غاليليو مساحة المكعب سيكون وزنه 27 - 3ضرب 3ضرب 3 يساوي 27 - ضرب الوزن العادي منذ أن تضاعف في الأبعاد الثلاثة. إذاً،عندما تحول بطلنا لعملاق، فنحن نتعامل مع احتمالين. طول بطلنا 18 قدم ووزنه بقي 200 باوند، الوزن الأصلي في هذا النموذج البشري. الآن،الخيار الثاني،وزن بطلنا 5400 باوند _ 200 باوند ضرب 27 يساوي 5400 باوند _ عندما يكون طوله 18 قدم، ما يعني أنه يزن 5400 باوند عندما يكون طوله 6 أقدام. لا أحد يستطيع ركوب نفس المصعد معه بدون إنذار الخروج. الآن،الخيار الثاني يبدو أكثر قليلاً معقول علمياً، لكنه يطرح سؤال، كيف يمشي في الحديقة دون أن يغرق في الأرض بما أن الضغط الذي يمارسه على التربة يتم احتساب كتلته مقسوماً على مساحة أسفل قدميه؟ و ما نوع الجوارب الخارقة والأحذية الخارقة التي يرتديها في قدميه لتتحمل كل هذا الإحتكاك الناتج عن سحب جسده الذي يزن 5400 باوند عندما يركض على الطريق؟ وهل يمكنه الركض حتى؟ ولن أتسائل حتى كيف يجد سراويل مرنه بما يكفي لتحمل التمدد. الآن،لنكتشف الكثافة للخيارين المذكورين في الأعلى. تعرّف الكثافة على أنها الكتلة مقسومة على الحجم. جسم الإنسان مكون من العظام و اللحم، التي تحتوي على الكثافة نسبياً. في الخيار الأول، إذا كان وزن البطل 200 باوند طوال الوقت، حينئذِ سيكون العظم واللحم في الحجم الطبيعي. عندما ينمو لحجم أكبر في حين ما زال يزن 200 باوند، فقد حوّل نفسه فعلياً إلى دب عملاق. في الخيار الثاني،إذا كان وزن البطل 5400 باوند طول الوقت، حينئذٍ سيكون اللحم و العظام في 18 قدم مع 5400 باوند بدعم من الساقين. الوزن سيكون على عظم الساقين في زوايا مختلفة كلما تحرك. العظام، ليست مرنة، من الصعب أن تتحمل، هذا يعني أنها لا تنحني، لذا من السهل كسرها. و أوتار العضلات ستكون معرضةً أيضاً للتمزق. البنايات الشاهقة تبقى واقفة لأنها تمتلك هياكل فولاذية ولا تركض أو تقفز حول الغابة. من ناحيةٍ أخرى، بطلنا، هبط بشكل سيء وسقط أرضاً. باعتبار وظائفة الجسدية مثل كل الثديات، يحتاج قلبه إلى ضخ كميات كبيرة من الدم في جميع أنحاء جسمه لتوفير الأوكسجين الكافي له لتحريك 5400 باوند حوله من وزن الجسم . هذا من شأنه أن يأخذ طاقة هائلة، التي يحتاجها لتأمين 27 ضرب 3000 حريرة من الطعام كل يوم الآن، هذا ما يقارب 150 وجبة كبيرة من ماكدونالز. 27 ضرب 3000 كالوري يساوي 81000 بالقسمة على 550 حريرة يساوي 147. ليس لديه وقت لمكافحة الجريمة لآنه يجب أن يتناول الطعام طوال الوقت و أن يعمل من 9 إلى 5 لتوفير كل الطعام الذي يأكله. وماذا عن الأبطال الخارقين الذين تتحول أجسامهم إلى صخور أو رمال؟ حسناً،كل شيء على الأرض مكون من الذرات، و ما يعرّف كل عنصر هو عدد البروتونات في النواة، بهذه الطريقة يتم تنظيم جدولنا الدوري. الهيدروجين لديه بروتون، الهيليوم،بروتونان، الليثيوم،3 بروتونات، وهلم جرّ. المكون الرئيسي الأكثر شيوعاً لشكل الرمل هو أوكسيد السيليكون. في الوقت نفسه،يتكون جسم الإنسان من 65% أوكسجين، 18% كربون، 10% هيدروجين، و 7% مكونات أخرى منها 0.002% من السيليكون. في التفاعلات الكيميائية، العناصر تتفاعل لتكون مركبات جديدة. إذا،من أين حصل على كل هذا السيليكون اللازم لصنع الرمل؟ طبعاً،يمكننا تغيير العناصر عن طريق الإندماج أو التفاعل النووي. على أي حال، الإندماح النووي يتطلب الكثير من الحرارة، و الحدوث الطبيعي لهذه التفاعلات يكون فقط في النجوم. من أجل الاستفادة من الإنصهار في فترة قصيرة من الزمن، درجة الحرارة في المنطقة يجب أن تكون أكثر حراً من الشمس. سيتم حرق كل المارّة الأبرياء وتحويلهم إلى رماد. الإنشطار النووي سريع لكنه ليس الأفصل لأنه غالباً ينتج الكثير من الجسيمات المشعة. سيصبح بطلنا يمشي ويتكلم كمحطة طاقة نووية، في نهاية المطاف سيقوم إيذاء كل شخص يحاول إنقاذه. وهل تحتاج حقاً إلى حرارة الشمس أو محطة نووية مشعة داخل جسمك؟ الآن،ما درس الفيزياء العظيم ستكتشفه لاحقاً؟ تحول حجم و محتوى الجسم، السرعة الفائقة، التحليق، القوى الخارقة، الخلود، و الاختفاء.
Some superheroes can grow to the size of a building at will. That's very intimidating! But a scientist must ask where the extra material is coming from. The Law of Conservation of Mass implies that mass can neither be created nor destroyed, which means that our hero's mass will not change just because his size changes. For instance, when we bake a fluffy sponge cake, even though the resulting delicious treat is much bigger in size than the cake batter that went into the oven, the weight of the cake batter should still equal the weight of the cake plus the moisture that has evaporated. In a chemical equation, molecules rearrange to make new compounds, but all the components should still be accounted for. When our hero expands from 6 feet tall to 18 feet tall, his height triples. Galileo's Square Cube Law says his weight will be 27 - 3 times 3 times 3 equals 27 - times his regular weight since he has to expand in all three dimensions. So, when our superhero transforms into a giant, we are dealing with two possibilities. Our hero towering at 18 feet still only weighs 200 pounds, the original weight in this human form. Now, option two, our hero weighs 5,400 pounds - 200 pounds times 27 equals 5,400 pounds - when he is 18 feet tall, which means he also weighs 5,400 pounds when he is 6 feet tall. Nobody can get in the same elevator with him without the alarm going off. Now, option two seems a little more scientifically plausible, but it begs the question, how does he ever walk through the park without sinking into the ground since the pressure he is exerting on the soil is calculated by his mass divided by the area of the bottom of his feet? And what kind of super socks and super shoes is he putting on his feet to withstand all the friction that results from dragging his 5,400 pound body against the road when he runs? And can he even run? And I won't even ask how he finds pants flexible enough to withstand the expansion. Now, let's explore the density of the two options mentioned above. Density is defined as mass divided by volume. The human body is made out of bones and flesh, which has a relatively set density. In option one, if the hero weighs 200 pounds all the time, then he would be bones and flesh at normal size. When he expands to a bigger size while still weighing 200 pounds, he essentially turns himself into a giant, fluffy teddy bear. In option two, if the hero weighs 5,400 pounds all the time, then he would be bones and flesh at 18 feet with 5,400 pounds of weight supported by two legs. The weight would be exerted on the leg bones at different angles as he moves. Bones, while hard, are not malleable, meaning they do not bend, so they break easily. The tendons would also be at risk of tearing. Tall buildings stay standing because they have steel frames and do not run and jump around in the jungle. Our hero, on the other hand, one landing at a bad angle and he's down. Assuming his bodily function is the same as any mammal's, his heart would need to pump a large amount of blood throughout his body to provide enough oxygen for him to move 5,400 pounds of body weight around. This would take tremendous energy, which he would need to provide by consuming 27 times 3,000 calories of food every day. Now, that is roughly 150 Big Macs. 27 times 3,000 calculated equals 81,000 calculated slash 550 calories equals 147. He wouldn't have time to fight crime because he would be eating all the time and working a 9-to-5 job in order to afford all the food he eats. And what about superheroes who can turn their bodies into rocks or sand? Well, everything on Earth is made out of elements. And what defines each element is the number of protons in the nucleus. That is how our periodic table is organized. Hydrogen has one proton, helium, two protons, lithium, three protons, and so on. The primary component of the most common form of sand is silicon dioxide. Meanwhile, the human body consists of 65% oxygen, 18% carbon, 10% hydrogen, and 7% of various other elements including 0.002% of silicon. In a chemical reaction, the elements recombine to make new compounds. So, where is he getting all this silicon necessary to make the sand? Sure, we can alter elements by nuclear fusion or nuclear fission. However, nuclear fusion requires so much heat, the only natural occurrence of this process is in stars. In order to utilize fusion in a short amount of time, the temperature of the area needs to be hotter than the Sun. Every innocent bystander will be burned to a crisp. Rapid nuclear fission is not any better since it often results in many radioactive particles. Our hero would become a walking, talking nuclear power plant, ultimately harming every person he tries to save. And do you really want the heat of the Sun or a radioactive nuclear plant inside of your body? Now, which superpower physics lesson will you explore next? Shifting body size and content, super speed, flight, super strength, immortality, and invisibility.