สมมุติว่ามีหมูน้อยตัวที่สี่ คนนี้เป็นนักฟิสิกส์ ซึ่งแตกต่างจากพี่ชายของเขาวิศวกรที่สร้างบ้านด้วยอิฐที่ทดลองแล้วจริง หมูนักฟิสิกส์เลือกวัสดุก่อสร้างโดยการคำนวณตามหลักการพื้นฐาน เขาเลือกใช้สารที่ทำจากซิลิกอนและออกซิเจน ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความแข็งแรงพันธะสูงและความสวยงามของความโปร่งใส มันปลอดภัยจากการหอบและพองตัว แต่แล้วหมาป่าก็เรียนรู้ที่จะขว้างก้อนหินจากจุดเริ่มต้นเล็ก ๆ น้ำท่วมครั้งใหญ่ของกากน้ำตาลในบอสตันอาจเริ่มต้นด้วยถังแตก ในปี 1919 สารที่หนากว่า 8 ล้านลิตรวิ่งผ่านถนนในเมือง โครงสร้างที่บิดเบี้ยว (รางรถไฟ) และทำให้มีผู้เสียชีวิต 21 ราย
เบตต์มันน์/คอร์บิส
ATOMIC SHUFFLE การจำลองซิลิกอนเผยให้เห็น
ว่าอะตอมที่อยู่ใกล้ปลายรอยแตกจะจัดเรียงตัวเองใหม่จากวงแหวนหกสมาชิกสองวงไปเป็นวงแหวนห้าและเจ็ดสมาชิก (ส่วนแทรก) การเปลี่ยนแปลงอาจทำให้รอยร้าวอยู่ที่ช่องจนกว่าพันธะอื่น (ลูกศรขวาบน) จะหลีกทางให้วงแหวนอื่นเปิดเครื่องรูด (ลูกศรขวาล่าง)
M. BUEHLER, M. BUEHLER ET AL./PHYSICAL REVIEW LETTERS 2007
นักฟิสิกส์มีช่วงเวลาที่ยากลำบากในการอธิบายว่าทำไมการสร้างเรือนกระจกจึงเป็นความคิดที่ไม่ดี ในขณะที่วิศวกรตั้งแต่ยุคสำริดจนถึงยุคอวกาศอาศัยการลองผิดลองถูกเพื่อตัดสินใจว่าวัสดุชนิดใดทำงานได้ดีที่สุด นักฟิสิกส์แสวงหาคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์ที่ลึกซึ้งกว่านั้น
“คุณคาดเดาจากหลักการแรกได้ไหมว่าวัสดุประเภทใดจะแข็งแรงมาก และอะไรจะเปราะบาง” Jay Fineberg นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยฮิบรูในกรุงเยรูซาเล็มกล่าว “ก็แปลกดีนะ แต่เราไม่รู้”
การพยายามค้นหาข้อมูลทำให้นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุต้องยุ่งอยู่
กับการค้นหาว่าอะไรเริ่มต้นขึ้นเมื่อความแตกแยกระหว่างอะตอมสองสามอะตอมแผ่ขยายออกไปมากพอที่จะทำลายอาคารและสะพานได้ เป้าหมายคือการออกแบบวัสดุที่ปราศจากความล้มเหลวโดยทำความเข้าใจว่าเหตุใดวัสดุจึงล้มเหลวตั้งแต่แรก
Markus Buehler นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุแห่ง MIT กล่าวว่า “คุณสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับวัสดุได้มากมายโดยการผลักดันให้ถึงขีดจำกัด
ในกระบวนการนี้ นักวิทยาศาสตร์กำลังเปิดเผยรอยร้าวในทฤษฎีที่มีอยู่ Fineberg และเพื่อนร่วมงานของเขาพบว่าสมการการเคลื่อนตัวของรอยร้าวที่สร้างไว้นั้นไม่ได้นำไปใช้ใกล้ปลายรอยแยก ด้วยการทำให้ Jell-O ที่แตกหักได้แตกเป็นเสี่ยงๆ เพื่อจำลองการแตกหักของกระจกแบบสโลว์โมชั่น ในการจำลองการยืดของอะตอมหลายพันล้านอะตอมในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Buehler และเพื่อนร่วมงานของเขาค้นพบว่าการสับเปลี่ยนของอะตอมเพียงไม่กี่อะตอมที่อยู่ข้างหน้าปลายสุดจะกุมบังเหียนความเร็วของรอยแตก
และหลังจากหลายศตวรรษของการผลิตวัสดุที่สามารถแตกหักง่ายเกินไป นักวิทยาศาสตร์กำลังแยกโครงสร้างธรรมชาติเพื่อค้นพบวิธีการใหม่ในการสร้างวัสดุที่แข็งแรงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ความพยายามในการเลียนแบบทางชีวภาพได้นำไปสู่การออกแบบที่ได้รับแรงบันดาลใจจากฟองน้ำที่ทำจากแก้วและเซรามิกที่ทนทานซึ่งมีพื้นฐานมาจากเปลือกหอย การศึกษาเหล่านี้ร่วมกันอาจนำไปสู่ยุคทองของการออกแบบอะตอม
แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง
