當一個材料受到拉伸應力時，它可能會產生裂紋，導致材料破裂。裂紋的運動是由能量平衡原理決定的，這個原理說，當裂紋前沿處的應力強度因子達到材料的斷裂韌度時，裂紋就會擴展。斷裂韌度是指單位面積上產生新的裂紋所需的能量。如果我們假設裂紋前沿處的能量耗散是集中在一個點上的，那么我們就可以用經典斷裂力學來描述裂紋的動力學行為。

經典斷裂力學告訴我們，一個拉伸裂紋的最大速度是瑞利波速度CR。瑞利波是一種表面波，它是由體波在自由表面上的干涉產生的。瑞利波速度cR通常小于體波速度cs和cp，其中cs是剪切波速度，cp是擴散波速度。當一個拉伸裂紋以小于cR的速度運動時，它可以從遠處傳來的彈性能量中獲取足夠的能量來繼續擴展。

但是，當一個拉伸裂紋接近cR時，它就會遇到一個能量屏障。因為當裂紋速度超過cR時，從遠處傳來的彈性能量就不足以支持裂紋擴展了，而且還會形成一個負能量流，抵消了裂紋前沿處的能量耗散。所以，經典斷裂力學認為，裂紋擴展速度大于cR是不可能的。

但是，一篇發表在《科學》雜志的論文告訴我們，這個結論并不總是成立的。作者使用了一種脆性新胡克材料作為實驗對象。這種材料具有非線性彈性特性，也就是說，它的應力和應變之間不是簡單地成正比關系。作者通過施加均勻拉伸應變來制造沿著材料中心線運動的拉伸裂紋，并用高速相機記錄了裂紋的形態和速度。

作者發現，在某些情況下，拉伸裂紋可以平滑地加速到超過cR，并且繼續加速到超過cs。這種超剪切拉伸裂紋具有非常特殊的形態：它前沿處有一個尖銳的角，并且在其后方形成了一個類似于音爆錐形波前的激波。這種激波是由于裂紋速度超過了材料中的聲速，導致材料發生強烈的非線性變形。作者還發現，超剪切拉伸裂紋的速度可以接近cp，這是材料中最快的波速。這意味著，這種裂紋幾乎可以達到超聲速。摘自: www.ws46.com

那么，為什么這種裂紋可以打破經典速度極限呢？作者提出了一個可能的解釋。他們認為，當材料受到足夠大的拉伸應變時，它會發生一種非線性的應力軟化效應，也就是說，它的應力會隨著應變的增加而減小。這種效應會導致裂紋前沿處的應力分布發生變化，從而改變了裂紋的能量平衡條件。具體來說，當裂紋速度超過cR時，由于應力軟化效應，裂紋前沿處的能量耗散會減小，而且還會有一部分能量從激波中回流到裂紋前沿處。這樣，就可以形成一個正能量流，支持裂紋繼續加速。

這篇論文的意義是什么呢？首先，它展示了一種新的拉伸斷裂模式，它與經典斷裂力學有本質的不同。它表明，在一些脆性材料中，拉伸裂紋的動力學行為不僅取決于材料的斷裂韌度，還取決于材料的非線性彈性特性和施加的應變大小。其次，它為研究斷裂現象和其應用提供了新的視角和方法。例如，在地震學中，地殼斷層也可以看作是一種拉伸裂紋，它可能會以超剪切速度運動，并產生強烈的地震波。因此，理解超剪切拉伸裂紋的機制和特征對于預測和防范地震災害具有重要意義。