มหัศจรรย์แห่งไข่

       ไข่เป็นหน่วยย่อยของสัตว์ นับเป็นหนึ่งเซลล์ หากต้องการศึกษาความมหัศจรรย์ของไข่เชิงสิ่งมีชีวิตต้องไปศึกษาในวิชาชีววิทยา แต่หากต้องการศึกษาในเชิงกายภาพ เราก็จะได้ชื่นชมกับความมหัศจรย์ของไข่ในแง่ที่ไข่เป็นปะติมากรรมทางธรรมชาติที่ชาญฉลาดและล้ำเลิศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งรูปทรงของไข่ที่ผ่านวิวัฒนาการและการคัดเลือกโดยธรรมชาติมานานแสนนานจนถึงปัจจุบัน

ก่อนจะมาลงตัวที่รูปทรงไข่ที่คล้ายกับรูปทรงรีทางคณิตศาสตร์นั้น มนุษย์สามารถถอดรหัสความมหัศจรรย์นี้ได้เป็นสมการโดด ที่ใกล้กับทรงไข่ที่สุด นั่นคือ สมการมาตรฐานในระบบพิกัดคาร์ทีเซียน คือ

     อย่าข้ามคำว่าคล้ายไปนะ เพราะสมการที่มนุษย์ถอดได้นี้คงไม่ง่ายที่จะอธิบายความซับซ้อนของธรรมชาติได้อย่างสมบูรณ์ ยิ่งไปกว่านั้น ยังมีความน่าทึ่งอีกประการหนึ่งที่แฝงอยู่กับไข่ฟองเล็กๆ ก็คือ เมื่อทดลองวางน้ำหนักบนเปลือกไข่ที่วางในแนวนอนจะรับน้ำหนักได้น้อยมาก แต่เมื่อวางไข่ในแนวตั้งกลับสามารถรับน้ำหนักได้มากอย่างน่ามหัศจรรย์ ที่เป็นอย่างนั้นได้เนื่องจากโครงสร้างของเปลือกไข่กับการกระจายแรงของน้ำหนัก

ในกรณีที่ไข่ตั้งขึ้นจะกระจายแรงได้ดีกว่าเมื่อวางตัวในแนวนอน หากพิจารณาการกระจายของแรงตามผิวโค้งของเปลือกไข่แบบไม่ต้องซับซ้อน โดยกำหนดให้ β เป็นแรงกระทำระหว่างส่วนย่อยๆ ของเปลือกไข่กระจายไปตามผิวทรงไข่ เราพิจารณาแรงที่กระทำต่อเปลือกไข่ที่บริเวณทรงรีมน คือ แรงกดลงบนเปลือกไข่

แรงกดบนเปลือกไข่จะทำให้เกิดการต้านต่อแรงกดหรือที่เรียกว่า ความเค้น (Stress: S) กระจายไปในทุกส่วนของเปลือกไข่ โดยจะแปรผกผันกับรัศมีความโค้งของทรงไข่ คือยิ่งรัศมีกว้าง ความคงทนจะยิ่งน้อยลง ดังนั้นส่วนที่รีมนด้านหัวเมื่อวางในแนวตั้งมีรัศมีสั้นกว่าส่วนรีด้านข้างเมื่อวางในแนวนอนจึงทนแรงกดดันได้มากกว่า ด้วยเหตุนี้ด้านข้างของเปลือกไข่จึงแตกง่ายและเพื่อให้ลูกเจี๊ยบเจาะออกมาได้ด้วย

มนุษย์ได้เรียนรู้องค์ความรู้จากธรรมชาติของไข่นี้ และนำจุดเด่นของโครงสร้างที่แข็งแรงทนทานมาประยุกต์ใช้ในการออกแบบทางวิศวกรรมและสถาปัตยกรรมของการก่อสร้างทั้งสะพานข้ามแม่น้ำ อาคารสิ่งก่อสร้างต่างๆ รวมทั้งโดมของศาสนสถานในศาสนาต่างๆ ด้วย

 *********

   นอกจากนั้นความมนของด้านบนของไข่ในขณะที่วางในแนวตั้ง จะมีผิวรีใกล้กับทรงกลม เนื่องจากรูปทรงกลมจะถ่ายแรงกดจากน้ำหนักกระจายตามโค้งออกไปเท่าๆ กัน ทั่วทั้งรูปทรง แต่ที่ไข่ทั้งฟองไม่เป็นรูปทรงกลมก็เพราะเป็นการจัดการของธรรมชาติในเรื่องของการดันไข่ออกมาจากตัวสัตว์ในขณะตกไข่ ป้องกันการกลิ้งตกแตก ที่สำคัญคือมีประโยชน์ต่อการจัดการพื้นที่ในรังไข่ เนื่องจากไข่รูปทรงรีหลายใบเกาะกลุ่มกันได้ดี มีพื้นที่ว่างเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับทรงกลม รวมทั้งช่วยกระจายความร้อนจากตัวแม่ที่กกไข่ และสร้างความอบอุ่นให้กันและกันของไข่ได้ดีกว่า นี่คือความฉลาดของธรรมชาติในการปรับตัวและบริหารจัดการทรัพยากร

และนี่เองเป็นความมหัศจรรย์ของธรรมชาติของสิ่งที่เราคุ้นเคยและคุ้นตา ธรรมชาติเป็นครูที่สอนมนุษย์ที่ปราดเปรื่อง เนื่องจากผ่านการลองผิดลองถูกมามากมายหลายล้านปี สิ่งสำคัญคือเราต้องไม่หยุดแสวงหาความรู้และไขปริศนาในธรรมชาติ ควบคู่ไปกับการพัฒนาทางเทคโนโลย

ขอขอบคุณข้อมูลจาก อาจารย์ราม ติวารี และทีมงานสาขาฟิสิกส์, สสวท.

มหัศจรรย์แห่งไข่., (2558, มกราคม-มีนาคม). สื่อพลัง. 23 (1): 50-51.

National center of performing arts กรุงปักกิ่ง ประเทศจีน