โดย เพซัค เบ็นสัน และ โอเมอร์ โนโวเซลสกี • 9 กันยายน 2026
เยรูซาเล็ม, 9 กันยายน 2026 (TPS-IL) — การศึกษาใหม่โดยนักวิจัยชาวอิสราเอลและนานาชาติอาจช่วยให้วิศวกรสามารถตรวจจับได้ในที่สุดว่าวัสดุกำลังเริ่มเสียหายเมื่อใด ก่อนที่รอยแตกที่มองเห็นได้จะฉีกขาดผ่านพวกมันอย่างกะทันหัน
นักวิจัยพบว่ารอยร้าวสามารถเริ่มต้นจากบริเวณที่เสียหายเล็กๆ ซึ่งขยายตัวอย่างช้าๆ ก่อนที่จะเปลี่ยนรูปเป็นรอยแตกที่เติบโตอย่างรวดเร็ว การค้นพบนี้อาจช่วยให้วิศวกรมีวิธีที่เป็นไปได้ในการระบุความล้มเหลวที่กำลังพัฒนาได้เร็วยิ่งขึ้น กลไกเดียวกันนี้ยังอาจให้ความกระจ่างเกี่ยวกับวิธีที่แผ่นดินไหวเริ่มต้นขึ้น แม้ว่าการตรวจจับสารตั้งต้นที่เคลื่อนตัวช้าเหล่านี้จะยังคงเป็นความท้าทายครั้งใหญ่ก็ตาม
การศึกษาครั้งนี้นำโดย ยูวาล ปาซ และ ศ.เจย์ ไฟน์เบิร์ก จากสถาบันฟิสิกส์ราคาห์แห่งมหาวิทยาลัยฮีบรูแห่งเยรูซาเล็ม ร่วมกับ เหมิง หวัง จากสถาบันเทคโนโลยีปักกิ่ง และม็อกห์ตาร์ อัดดา-เบเดีย จาก CNRS/ENS de Lyon
สำหรับสายตามนุษย์ แก้วหรือพลาสติกอาจดูเหมือนแตกหักได้ทันที แต่กระบวนการรอยร้าวส่วนใหญ่เกิดขึ้นก่อนการแตกหักครั้งสุดท้าย ภายใต้ความเค้นที่เพียงพอ บริเวณที่เสียหายเล็กๆ จะก่อตัวขึ้นภายในวัสดุ และแทนที่จะกลายเป็นรอยแตกทันที กลับค่อยๆ ขยายตัวออกด้านนอก
“การศึกษาของเราหลอมรวมคำถามที่แตกต่างกัน 3 ข้อ ซึ่งมีความสำคัญต่อผู้ที่ศึกษาวัสดุ ตลอดจนความเสถียรและความแข็งแรงของวัสดุเหล่านั้น” ไฟน์เบิร์กกล่าวกับสำนักข่าวเดอะเพรสเซอร์วิสออฟอิสราเอล
นักวิทยาศาสตร์เข้าใจมานานแล้วว่ารอยแตกมีพฤติกรรมอย่างไรเมื่อเริ่มเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว แต่การอธิบายว่ารอยแตกเริ่มต้นอย่างไรนั้นทำได้ยากกว่า การศึกษาดังกล่าวให้อธิบายเชิงกลไกสำหรับขั้นตอนแรกนี้ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เรียกว่า “การคืบ (creep)”
“ถ้าคุณลองคิดดู นี่คือวิธีธรรมชาติที่ข้อบกพร่องในวัสดุควรจะก่อตัวขึ้นเสมอ” ไฟน์เบิร์กอธิบายกับ TPS-IL
นักวิจัยพยายามทำความเข้าใจว่าตำหนิขนาดเล็ก ซึ่งในตอนแรกมีขนาดเล็กกว่าตัววัสดุเองมาก เติบโตอย่างไรจนกระทั่งตัดผ่านตลอดแนว การทดลองของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าบริเวณที่เสียหายขยายตัวช้ามาก ด้วยความเร็วตั้งแต่ไมครอนจนถึงมิลลิเมตรต่อวินาที และคิดเป็นสัดส่วนอย่างน้อย 75% ของกระบวนการรอยร้าวทั้งหมด
การเปลี่ยนผ่านครั้งสำคัญเกิดขึ้นเมื่อบริเวณที่เสียหายไปถึงความหนาเต็มที่ของวัสดุ
“แผ่นดังกล่าวเปลี่ยน ‘โทโพโลยี’ ของมันเป็นหลักเมื่อทำการตัดผ่านความหนาของวัสดุในที่สุด” ไฟน์เบิร์กกล่าว
พูดง่ายๆ ก็คือ บริเวณที่เสียหายเริ่มต้นเป็นแผ่นปะขนาดเล็กที่ขยายตัวรอบขอบ เมื่อมันตัดผ่านวัสดุจนเสร็จสมบูรณ์ มันจะกลายเป็นรอยแตกแบบดั้งเดิม ณ จุดนั้น รอยแตกต้องการพลังงานน้อยกว่ามากในการเติบโตต่อไปและสามารถเร่งความเร็วได้อย่างรวดเร็ว
จากตำหนิสู่รอยร้าว
นักวิจัยยังพบว่ารอยร้าวสามารถเริ่มต้นด้วยขนาดที่เล็กกว่ามากตามที่ทฤษฎีรอยร้าวแบบดั้งเดิมทำนายไว้: ประมาณ 0.1 มิลลิเมตร เมื่อเทียบกับขนาดวิกฤตแบบดั้งเดิม ซึ่งเป็นที่รู้จักในชื่อความยาวกริฟฟิธ (Griffith length) ที่ประมาณ 1 มิลลิเมตร
การค้นพบนี้บ่งชี้ว่าความเค้นที่กระทำต่อวัสดุ ตลอดจนขนาดและรูปทรงเรขาคณิตของตำหนิที่มีอยู่ มีบทบาทในการกำหนดว่ารอยร้าวเริ่มต้นขึ้นเมื่อใด
“พื้นฐานเบื้องหลังของทฤษฎีนี้มีความเป็นสากลโดยสิ้นเชิง และเกี่ยวข้องอย่างง่ายๆ กับรูปทรงเรขาคณิตของตำหนิหรือรอยแตก” ไฟน์เบิร์กกล่าวกับ TPS-IL “ความแข็งแกร่งของทฤษฎีเราอยู่ที่ความเรียบง่าย เราได้อธิบายอิทธิพลของรูปทรงเรขาคณิตของรอยแตกไว้อย่างถูกต้องแล้ว”
การค้นพบนี้ยังอาจให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับแผ่นดินไหว ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อความเค้นตามรอยเลื่อนเอาชนะแรงที่ยึดแผ่นเปลือกโลกให้อยู่กับที่ ทำให้แผ่นเปลือกโลกเกิดการเลื่อนตัวอย่างกะทันหัน
“เนื่องจากพลศาสตร์ของแผ่นดินไหวและกระบวนการรอยร้าวเหมือนกัน (ในทางคณิตศาสตร์) การค้นพบของเราจึงทำนายว่าสารตั้งต้นของแผ่นดินไหวควรมีพฤติกรรมอย่างไร” ไฟน์เบิร์กกล่าวกับ TPS-IL
การค้นพบของนักวิจัยบ่งชี้ว่าการแตกหักของแผ่นดินไหวอาจเริ่มต้นในทำนองเดียวกันด้วยบริเวณที่ค่อยๆ ขยายตัวก่อนที่จะเร่งความเร็วอย่างกะทันหัน ไฟน์เบิร์กกล่าวว่าทีมงานของเขาเคยสังเกตเห็นการเปลี่ยนผ่านที่คล้ายคลึงกันในการวิจัยเกี่ยวกับการเสียดทานมาก่อนหน้านี้
การค้นพบนี้ไม่ได้หมายความว่านักวิทยาศาสตร์สามารถทำนายแผ่นดินไหวหรือระบุได้อย่างแน่ชัดว่าวัสดุจะพังทลายลงเมื่อใดในปัจจุบัน ความท้าทายหลักคือการตรวจจับบริเวณที่เคลื่อนตัวช้าเหล่านี้ก่อนที่ความล้มเหลวหายนะจะเกิดขึ้น
“เนื่องจากพวกมันช้ามาก พวกมันจึงไม่ส่ง ‘เสียง’ ใดๆ ในขณะที่ขยายตัว” ไฟน์เบิร์กกล่าวกับ TPS-IL ทำให้ยากที่จะตรวจจับผ่านเสียงหรือสัญญาณแผ่นดินไหว
หากนักวิจัยสามารถพัฒนาวิธีที่เชื่อถือได้ในการตรวจจับสารตั้งต้นเหล่านี้ในท้ายที่สุด การค้นพบนี้ก็อาจมีประโยชน์ในทางปฏิบัติ
“หากเราประสบความสำเร็จ เราอาจสามารถยืดอายุการใช้งานของวัสดุได้ หรือในกรณีของแผ่นดินไหว อาจจะสามารถเตือนภัยล่วงหน้าได้ว่าพวกมันกำลังเริ่มต้นขึ้น” ไฟน์เบิร์กกล่าวกับ TPS-IL
การศึกษาดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในวารสารผ่านการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิ Physical Review Letters
