زجاج يقوى أثناء الطيران سريع
شق رفيع يجري عبر الزجاج. للوهلة الأولى، يعكس خط الكسر ببساطة هشاشة المادة. لكن إذا نظرنا إلى المستوى الذري، تصبح الصورة أكثر تعقيدًا: يبدأ الزجاج في المقاومة بشكل مختلف عندما يتسارع الشق.
باستخدام نموذج حاسوبي يحاكي سلوك كل ذرة في الزجاج الكوارتزي، تتبع الباحثون كيف تتغير طاقة الكسر (الشغل اللازم لكسر الروابط وإنشاء سطح جديد). اتضح أنه عند السرعات الأقل من عتبة التفرع — اللحظة التي يتشعب فيها الشق إلى عدة أذرع — يمكن أن تقفز هذه الطاقة بنسبة 33%. كان يُعتقد سابقًا أن زيادة الطاقة مرتبطة فقط بأن الكسر يصبح خشنًا وتزداد مساحته الفعلية. لكن النموذج أظهر أن حوالي نصف الزيادة ناتج عن أن السطح نفسه يصبح مختلفًا على المستوى النانوي — حيث تعيد الذرات ترتيب نفسها بحيث يصبح كسر روابطها أصعب.
هذه النتيجة تعني أن طاقة الكسر ليست ثابتًا جدوليًا مثل درجة الانصهار. إنها تعتمد على كيفية كسر المادة بالضبط. بالنسبة للمهندسين، هذا تلميح: للتنبؤ بدقة أكبر بمتى وكيف سينكسر جزء زجاجي، يجب مراعاة ليس فقط الشقوق الدقيقة، ولكن أيضًا سرعة نموها. وبالنسبة لفيزياء المواد الصلبة، فهي خطوة أخرى نحو فهم كيف يتحكم الاضطراب على المستوى الذري في القوة العيانية.
الشق الذي بدا في البداية مجرد خط ضعف، يكشف في الواقع عن حياة معقدة للذرات. بتسارعه، يجبر الزجاج على إعادة الترتيب — ويصبح أقوى مباشرة على مسار الكسر.
الزجاج الكوارتزي الذي تمت محاكاته في هذا العمل يتكون من نفس جزيئات ثاني أكسيد السيليكون الموجودة في الرمل العادي، لكن الذرات فيه غير مرتبة في شبكة بلورية صارمة — ومن هنا تأتي الشفافية والهشاشة.
في رواية «العمى الكاذب» لبيتر واتس، سفينة فضائية غريبة مصنوعة من مادة تغير بنيتها تحت الضغط — تقريبًا مثل الزجاج في هذا البحث.