Alienum phaedrum torquatos nec eu, vis detraxit periculis ex, nihil expetendis in mei. Mei an pericula euripidis, hinc partem.
 

ในที่สุดนักคณิตศาสตร์ก็ไขความลับแห่งสปาเกตตีได้

ในที่สุดนักคณิตศาสตร์ก็ไขความลับแห่งสปาเกตตีได้

เส้นสปาเกตตีที่เราซื้อมาจากซูเปอร์มาร์เก็ตนั้นเป็นเส้นแข็งๆแห้งๆที่ต้องนำมาต้มให้มันนิ่ม แต่เจ้าเส้นแข็งๆที่ว่านี้มีปริศนาบางอย่างซ่อนอยู่

เคยลองเอาเส้นสปาเกตตีมาหักเล่นไหม?   ถ้าไม่เคยลอง แนะนำให้หามาลองหักเล่นแล้วสังเกตดูครับว่า คุณสามารถหักมันเป็น 2 ท่อนได้หรือไม่

ส่วนถ้าใครเคยลองหักแล้ว เส้นสปาเกตตีกระจายไป 3 ท่อนบ้าง หรือแตกออกเป็นชิ้นเล็กๆมากกว่านั้น ก็ไม่ต้องกังวลเพราะมันเป็นเรื่องปกติ

ปัญหาการหักเส้นสปาเกตตีแล้วไม่เป็น 2 ท่อน เป็นปัญหาระดับโลกที่เคยรบกวนจิตใจของนักฟิสิกส์อัจฉริยะอย่าง ริชาร์ด ไฟน์แมน (Richard Feynman) มาแล้ว เขาใช้เวลาช่วงเย็นหลังเลิกงานนั่งหักเจ้าเส้นที่ว่าเพื่อหาทฤษฎีมาอธิบายเหตุที่มันจึงไม่สามารถถูกหักให้เป็น 2 ท่อนได้

ปัญหาดังกล่าวเพิ่งถูกคลี่คลายเมื่อปี ค.ศ. 2005 นี้ โดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสสามารถอธิบายแรงที่เกิดขึ้นเมื่องอเส้นสปาเกตตี ซึ่งการหักจะเกิดใกล้กับบริเวณกึ่งกลางเส้นสปาเกตตีซึ่งเป็นส่วนที่งอที่สุด ในขณะที่เส้นเริ่มหัก จะเกิดการ “ดีดกลับ” เป็นคลื่นหรือสั่นจนทำให้เส้นแตกเป็นชิ้นๆ การค้นพบนี้ได้รับรางวัล Ig Nobel ในปีถัดมา

แม้ปัญหาจะคลี่คลายลง แต่ปมบางอย่างยังค้างคาอยู่ นั่นคือ ถ้าเราต้องการหักเส้นสปาเกตตีเป็น 2 ท่อนเราต้องทำอย่างไร?

ผลการศึกษาล่าสุดของนักคณิตศาสตร์ฟิสิกส์ประยุกต์จากสถาบัน MIT ตอบคำถามนี้ว่า “ได้”

งานวิจัยดังกล่าวถูกตีพิมพ์เมื่อเดือนสิงหาคม ปี ค.ศ. 2018 ใน Proceeding of the National Academy of Science (PNAS) ซึ่งเป็นวารสารวิชาการแบบสหวิทยาการ ทีมวิจัยพบว่าถ้าต้องการหักเส้นสปาเกตตีเป็น 2 ท่อน ต้องใช้การ “บิด” ควบคู่ไปกับการงอ กล่าวคือเราต้องบิดปลายด้านหนึ่งของเส้นสปาเกตตี ส่วนปลายอีกด้านค่อยๆ งอเข้ามาพร้อมกัน

ในงานวิจัยนี้ ทีมวิจัยเริ่มต้นจากการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ขึ้นมาก่อน โดยแบบจำลองดังกล่าวมีตัวแปรที่เกี่ยวข้องมากมาย เช่น แรง ความหนาแน่นของเส้นสปาเกตตี พื้นที่หน้าตัด เป็นต้น พวกเขาแก้สมการโดยใช้หลักการทางเรขาคณิตเชิงอนุพันธ์เพื่อหาว่าต้องบิดเส้นสปาเกตตีไปมากเพียงใดจึงจะสามารถหักเส้นให้เป็น 2 ท่อนได้

จากนั้น ทีมวิจัยยังลงทุนสร้างเครื่องมือเพื่อทดลองกับเส้นสปาเกตตีจริงๆโดยใช้เครื่องมือนี้จับปลายเส้นสปาเกตตีไว้ทั้ง 2 ด้าน ให้ปลายด้านหนึ่งถูกบิด ส่วนปลายอีกด้านถูกงอเข้าหาปลายด้านที่ถูกบิด การทดลองนี้มีการควบคุมโดยใช้เส้นสปาเกตตีที่มีความยาว 24 เซนติเมตร เท่ากันหมด แถมยังมีการควบคุมอุณหภูมิและความชื้นของห้องทดลอง รวมทั้งส่วนที่จับเส้นสปาเกตตีเพื่อบิดยังทาด้วยกาวอีพ็อกซีเพื่อให้การบิดเส้นที่ได้นั้นวัดมุมองศาได้อย่างแม่นยำอีกด้วย

จริงอยู่ เส้นสปาเกตตีแต่ละเส้นอาจมีความไม่สม่ำเสมออยู่บ้างจากกระบวนการผลิต เนื้อแป้งอาจไม่เป็นเนื้อเดียวกัน แต่แบบจำลองแสดงให้เห็นว่าองศาการบิดที่ช่วยให้สามารถหักเส้นสปาเกตตีเป็น 2 ท่อนได้จริงคือต้องบิดตั้งแต่ 250 องศาขึ้นไป ซึ่งสอดคล้องกับการทดลอง

ความสงสัยที่ดูเหมือนเป็นเรื่องขำๆ ของนักฟิสิกส์ทำให้เกิดการศึกษามาเป็นเวลายาวนาน แต่เชื่อไหมว่างานวิจัย(ที่ดูไร้สาระ)นี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้หลายอย่าง เช่น การนำไปศึกษาการแตกหักของวัตถุที่มีลักษณะเป็นท่อนคล้ายกับเส้นสปาเกตตี เช่น โครงสร้างเส้นใย ท่อนาโนหรือแม้กระทั่งไมโครทิวบูล (Microtubule)ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญในเซลล์ที่หน้าตาคล้ายเส้นสปาเกตตี

เรื่องบางอย่างที่ดูไร้สาระ แต่ถ้าศึกษามันอย่างลึกซึ้ง เราอาจมองเห็นสาระบางอย่างปรากฏออกมาได้

บทความโดย  อาจวรงค์  จันทมาศ

อ้างอิง

http://news.mit.edu/2018/mit-mathematicians-solve-age-old-spaghetti-mystery-0813

http://www.pnas.org/content/early/2018/08/09/1802831115

Date

September 10, 2018

Category

STEM NEWS