עד היום סברו מדענים שכל הסדקים מתנהגים באותו אופן. מחקר שנערך באוניברסיטה העברית מצא סדקים שפועלים אחרת, וגורמים ליצירת גלי הלם בחומר שבו הם נוצרים. "לקחו כמובן מאליו שיש סוג אחד של סדקים, ופתאום גילינו משהו שונה לגמרי", אמר החוקר המוביל

סינגולריות היא נקודה שבה פונקציה מתמטית שואפת לאינסוף. נקודות כאלה מתגלות לפעמים במערכות פיזיקליות. מודל המפץ הגדול, למשל, מתאר את רגע תחילת המפץ כסינגולריות, אז צפיפות החומר ועיקום המרחב-זמן היו אינסופיים. סינגולריות אחרת של צפיפות אינסופית קיימת בכל חור שחור. אבל לא צריך להרחיק לראשית הזמן או למעמקי הקוסמוס כדי למצוא סינגולריות. היא נמצאת בכל ארון במטבח ממוצע. "ברגע שיש סדק בכל חומר, אפילו מיקרוסקופי, מתפתחת סינגולריות של לחץ בקצה שלו", אמר הפיזיקאי פרופ' ג'אי פיינברג ממכון רקח באוניברסיטה העברית.

בדרך כלל סדקים נתפשים כמטרד לא נעים, אבל יש להם חשיבות רבה. עם זאת, פיזיקאים לא מרבים לעסוק בהם, אמר פיינברג, שהקדיש שנים רבות לחקר התופעה. לאחרונה פיינברג ושותפיו מצאו שבניגוד למחשבה המקובלת, יש יותר מסוג אחד של סדק. "גילינו סוג סדק חדש, שאינו קלאסי", אמר ל"הארץ". הממצאים פורסמו ביום חמישי שעבר בכתב העת Science.

חוזק של חומרים הוא עניין קריטי לכל מי שמתכנן גשר, מכונית או צלחת קרמיקה. הגדרת החוזק קשורה לא רק לתכונות המכניות של כל חומר, אלא גם ובעיקר לפגמים שיש בו. כמו בעולם האנושי, גם חומרים חזקים רק כמו הנקודה החלשה ביותר בהם. ברגע שמופיע סדק, החומר נשבר בקלות רבה ביחס לחוזק התיאורטי שלו. התהליך הפיזיקלי שמאחורי השבירה הוא לא פחות ממהמם.

"כשיש סדק, החומר מתארגן כך שהסדק משמש מעין ראש סיכה כדי לשבור את החומר", אמר פיינברג. "ריכוז הכוח ליחידת שטח בקצה הסדק שואף לאינסוף מבחינה מתמטית, ולא משנה כמה כוח אתה מפעיל. הסדק הוא מעין משפך, שממקד את כל הכוח שמפעילים על חומר בנקודה יחידה. כשמכים בחומר עם גרזן, למשל, כל הלחץ נמצא בקצה הגרזן, ואם הוא חד להפליא הלחץ אינסופי. זה קורה גם כשדוקרים חומר עם סיכה, כי הכוח שמופעל גדול והשטח של החוד אפסי. זאת סינגולריות מתמטית אמיתית, כמו שיש בחור שחור. לפעמים דברים יומיומיים הם מאוד מעניינים מבחינה מתמטית".

ובכל זאת, לא כל סדק מוביל לשבירה. לפי המשוואה הפיזיקלית הפשוטה שמסבירה את התופעה אנרגיה שווה לכוח כפול דרך. כלומר, גם אם מופעל כוח אינסופי, בלי תנועה לא תהיה מספיק אנרגיה כדי לשבור את הקשרים בין המולקולות המרכיבות את החומר. מכיוון שבטבע אין באמת אינסוף, אמר פיינברג, התכונות של החומר מתארגנות כדי למנוע את מימוש הסינגולריות, כלומר, בולמות את התנועה לאינסוף. תכונות החומר הן שקובעות את עוצמתו. לכן אף על פי שמבחינת הסדקים שנוצרים בהן זכוכית ופלדה מתנהגות בצורה זהה, היעילות של הסדק בזכוכית גורמת לשבירה מהירה יותר.

עד כאן תואר המנגנון הקלאסי המסביר כיצד נוצרים סדקים בחומר, שמוכר זה עשרות שנים. אבל מסתבר שיש סדקים שהתנהגותם חורגת לחלוטין מהמנגנון הזה. סדקים אלה, שבהם הבחינו לראשונה פיינברג וצוותו בניסוי במעבדה, הם "על-קוליים". כלומר, כשהסדק מתקדם בתוך החומר הוא יוצר בחומר גלי הלם, שמפיקים בום-על קולי בתוך החומר. "יש לסדקים האלה מבנה שונה לגמרי ממה שחשבו שאפשרי עד כה", אמר פיינברג. "זה מראה שהבסיס הפיזיקלי שלפיו הבנו עד עכשיו חוזק של חומרים נכון רק בחלק מהמקרים". הסדקים שיוצרים גלי הלם בחומר נצפו בחומרים רכים )אלסטומטרים(, שכן בהם קל יותר למדוד את מהירות התנועה של הסדק. בעוד שסדק בזכוכית, למשל, נע במהירות של כ3,000- מטרים בשנייה, מהירותו בחומרים הרכים היא שלושה עד חמישה מטרים בשנייה.

בום על-קולי נוצר כאשר הסדק נע מהר יותר מהמהירות שבה הקול נע בחומר. מהירות הקול בזכוכית היא 3,200 מטר בשנייה, ואילו סדק מהסוג החדש יכול לנוע במהירות של 5,000 מטרים בשנייה בזכוכית. "אם כוס נשברת מפני שנוצר בה סדק מהסוג החדש אפשר אולי לשמוע את גל ההלם", אמר פיינברג, "אבל מן הסתם קול ההתנפצות חזק יותר ולכן הוא זה שיבלוט לנו".

עניין מיוחד מעוררים סדקים שנוצרים בין שני לוחות טקטוניים, המרכיבים את קליפת כדור הארץ. "רעידות אדמה הן למעשה סדקים", הסביר פיינברג. רעידת אדמה שנגרמה בשל סדק על-קולי האנלוגי לסוג החדש תהיה הרסנית הרבה יותר מרעידת אדמה שיצר סדק "רגיל". הסיבה היא שגלי ההלם שיוצר סדק מהסוג שתיארו פיינברג ועמיתיו, גורמים לנזק חמור במיוחד. זיהוי הסוג החדש של סדקים עשוי אפוא לשמש בעתיד לניבוי נזקים שיגרמו רעידות אדמה, בעזרת הבחנה בין סוגי הסדקים.

ההבדל בין שני סוגי הסדקים טמון בהתארגנות שונה של החומר שבו הם מופיעים. בסדק קלאסי, הסביר פיינברג, התנועה של הסדק בחומר תלויה בכך שהאנרגיה שמוזרמת אליו שווה לאנרגיה שנדרשת כדי לשבור מולקולות או אטומים של החומר. בסדקים העל-קוליים, לעומת זאת, תנועת הסדק תלויה במתיחות החומר. "החל במתיחות קריטית, שבה החומר נמתח ב15%-10%- יותר מהאורך ההתחלתי שלו, מופיעים הסדקים הללו, שמשנים את חוקי המשחק ומתנהגים לגמרי אחרת, לא ברור למה", אמר פיינברג.

"לא חלמו אפילו שיש סוג כזה של סדקים", הוסיף פיינברג. "לקחו כמובן מאליו שיש סוג אחד של סדקים, ופתאום גילינו משהו שונה לגמרי. זה משנה את היסודות של הבנת הסדקים". הפיזיקאי ציין שבשלב זה לא ידוע עד כמה שכיחים הסדקים מן הסוג החדש, אף שלדבריו כל סדק יכול להיות קלאסי או חדש

הפיזיקאי פרופ' ערן בוכבינדר ממכון ויצמן, שלא היה מעורב במחקר, אמר: "אם סדק לא זז, זה אומר שבתנאים הנוכחיים המערכת יכולה לשאת אותו. הרבה פעמים, השאלה שמעניינת מבחינה פרקטית היא שאלת תחילת התנועה. ברגע שסדק מתחיל לנוע הוא מאיץ, חוצה את מבנה החומר ויש כשל קטסטרופי. בהקשר הנדסי השאלה היא הרבה פעמים של שחור ולבן – האם הסדק הכי מסוכן במערכת יתחיל לנוע או לא. אתה נכנס לבניין או עולה למטוס, ותמיד יש שם סדקים. מהנדסים רוצים לוודא שהם רחוקים מהתנאים הקריטיים שבהם הסדקים מתחילים להתפשט".

בוכבינדר אמר שהשאלה ששאלו פיינברג ושותפיו למחקר הנוכחי היתה מה קורה כשסדק מתחיל לנוע? איך הוא מתנהג, מה הדינמיקה שלו? "התשובה המקובלת עד עכשיו היתה שסדק לא יכול לעבור את מהירות הקול הרלוונטית, אבל הניסוי הראה שבחומרים מסוימים הסדק יכול לנוע מהר יותר, כלומר להיות על-קולי. התופעה נצפתה ברמת קפדנות גבוהה ובעזרת מתודולוגיה ייחודית. יש פה תובנה מאוד משמעותית".

בוכבינדר גם ציין שהניסוי בוצע בתנאים מבוקרים ובחומרים רכים, ולכן עולה השאלה אם בניסוי בחומרים אחרים בתנאים אחרים תימצא תופעה דומה. "המחקר הזה דוחף את התחום קדימה ומוליד שאלות נוספות, שאותן יהיה צורך לבחון בהמשך".