12月1日下午，以色列耶路撒冷希伯来大学物理系Jay Fineberg教授应邀做客理学院第92期科学大讲堂，在线上为我校师生带来“关于摩擦运动开始的基础物理：摩擦是如何启动的？”为主题的精彩讲座。此次讲座由地球与空间科学系徐世庆助理教授主持，吸引了100多位校内外师生在线参与。

Jay Fineberg，以色列耶路撒冷希伯来大学物理系教授。他于1988年在魏茨曼科学研究所获得物理学博士学位。他曾于2004至2007年担任耶路撒冷希伯来大学物理系系主任，并于2016至2020年担任耶路撒冷希伯来大学理学院院长。他的研究兴趣包括非线性动力学、非平衡态系统、图案形成系统、破裂传播以及摩擦和地震动力学。他在软凝聚态物理学、断裂力学和地震学领域发表100多篇文章，其中16篇发表在Nature或者Science上。他是美国物理学会会士和以色列物理学会会士。

在讲座中，Fineberg教授不仅回顾了关于摩擦现象认识的演化史，而且着重介绍了他的研究组在近20年对理解摩擦运动取得的成果。特别地，Fineberg教授指出传统的基于受力平衡的观点不再能可靠地刻画摩擦运动；而基于断裂力学框架的能量平衡关系能更准确地描述摩擦运动何时开始、如何演化、以及何处停止。

Fineberg教授首先带领听众回顾了视接触面积和实际接触面积等概念，并通过这些概念向大家阐述了从微观角度研究摩擦运动的必要性。紧接着，他通过结合透明材料、光路反透射原理和高速相机拍照，向大家展示了摩擦运动背后的破裂传播机制。再者，他利用断层附近记录到的应变数据揭示了摩擦运动和物质断裂之间的相似性。更进一步地，他通过几个例子向大家演示了如何应用断裂力学的相关知识来预测摩擦运动中破裂前锋的运动轨迹，包括其随时空的演化以及在何时何处停止。基于这些结果，Fineberg教授证明了断裂力学在描述摩擦运动背后物理规律的适用性。最后，Fineberg教授分享了其研究组最近的一项研究成果，即通过人为引入障碍体来研究破裂是如何开始成核并进而演化到自发传播阶段的。

在互动环节中，Fineberg教授与在线师生就讲座内容展开热烈讨论，并对师生提出的问题进行了耐心解答。

问：如何理解实验中样品的边界效应？

目前已有相关理论和数值模拟工具可以评估样品的边界效应，包括自由表面和有限厚度等因素的影响。目前看来，只要边界反射波尚未作用到断层上，那么断层上的摩擦运动仍然可使用无穷空间上的断裂力学知识来分析。

问：当背景施加的正应力非常大时，视接触面积和实际接触面积是否还有区别？

经验上判断这个猜测应该是对的，因为当背景正应力非常大，比如接近材料的屈服强度时，整个接触面积应该都会发生屈服并且开始“流动”。具体到实际情况，目前的实验表明即使施加的正应力达到好几个兆帕，实际接触面积还是远小于视接触面积。

问：在展示的最新实验结果中破裂为何从边界处开始成核？

边界处的强度恰好最低，所以破裂选择从那里成核。

问：天然地震所处的环境很复杂，而实验室设置看起来很简单，怎么协调？

在实验室里，即使尽最大可能去把加载均匀化，断层上实际的应力分布还是很不均匀的。

问：目前实验主要使用的是透明材料，如果换成岩石会有什么影响？

换成岩石的话有可能在断层附近形成断层泥，而这也许会极大地改变断层的滑动行为；因为断层泥可以作为第三体物质存在并且具有润滑作用。

问： 最近有研究学者建议慢地震也可以用断裂力学来解释，有何看法？

已有的实验观测表明，在理论成核尺寸附近或者之下，破裂传播速度很慢，似乎符合慢地震的标准。但与此同时，仍然需要额外的机制来预先发展出成核区。成核区之内和成核区之外的机制之间不一定存在关联。

最后，徐世庆对Fineberg教授的精彩报告表达了感谢，并诚邀Fineberg教授日后能再次莅临南科大，讲座圆满结束。

来源：南方科技大学理学院