玻璃一种一直被认为是固体的液体完美体育

　　完美体育玻璃是一种令人惊叹的材料，它既不属于液体，也不属于晶体，它是一种被冻结的液体，或者说是一种无序的固体。它的分子排列杂乱无章，却又紧密相连，就像舞厅里的人群突然静止，每个人都无法移动，但也没有遵循任何规律，而是随机分布。这种无序的状态赋予了玻璃坚韧、透明完美体育、耐热等特性，也让科学家对它的本质充满了疑惑。玻璃会不会流动？它会不会结晶？它是否有一个最佳的无序状态？它是否代表了一种新的物态？这些问题都是玻璃科学的难题和魅力所在。今天将带你探索玻璃的奥秘，了解它的过去、现在和未来，以及它如何影响我们的生活和创新。

　　关于玻璃完美体育，有这样一个流传已久的说法：如果你去一座有数百年历史的教堂，观察那里的玻璃窗，你会发现窗户底部的玻璃比顶部的更厚一些，原因是玻璃本质上是液体，只是流动得非常缓慢而已。这个说法听起来似乎合理，但实际上是错误的。

　　一方面，有些玻璃窗的确是底部比顶部更厚，但那是由制造工艺造成的。中世纪的窗户通常采用“皇冠工艺”制作：玻璃先被吹成空心球体，然后压平，再旋转成扁平圆盘，最后圆盘被切割用作玻璃窗。由于圆盘中心较厚，边缘较薄，所以切割得到的窗玻璃会有顶底厚度不一的情况。而且，当时的工匠会将较厚的一端放在窗户的下方，以增加稳定性。

　　另一方面，从某种意义上说，玻璃的确在“流动”，的确具有一些液体的特征，但几百年的时间不足以使窗玻璃发生明显的形变。2017年，科学家发表论文指出，教堂的窗玻璃能在10亿年时间里流动1纳米。（一张纸的厚度约为100000纳米。）这样的流动速度是微乎其微的，甚至可以忽略不计。

　　那么，玻璃到底是什么呢？它为什么会有这样的特征呢？为了回答这些问题，我们需要从微观层面来看玻璃的结构和性质。

　　玻璃是一种由原子或分子组成的物质，它们的排列方式受到温度的影响。温度越高，原子和分子就越活跃，就像舞厅里的众人，充满活力地相互移动、碰撞、摩擦，每一时刻的相对位置都不一样。温度越低，原子和分子就越趋于凝固，就像音乐会上的观众，每个人都坐在固定席位上，不会相对移动，只会在座上做些振动。当温度冷却到一定程度时，原子和分子以规则的几何图案排列，形成晶体结构，这就是固体的典型状态。

　　玻璃不是液体，也绝非晶体，虽然名义上算固体，但实质上兼具固体和液体的特性。玻璃的形成过程是这样的：它本是一种液体，因冷却得太快，无法形成晶体，故分子被锁定在混乱的液体状排列之中。

　　哈佛大学物理学家大卫·韦茨这样解释道：“这就好比，舞厅里的众人原本都充满动能，可是由于某种原因，一部分人决定停止移动，那么此时你要想在拥挤且停滞的人群中移动是非常困难的。于是你停住不动了，你身边的甲和乙因为你不动，也就放弃了动的念头，甲乙身边的丙丁、戊己、庚辛都停下了……整个舞厅的人都停了下来。每个人被锁定在原地，但并不以有规则的方式排列，而是一团乱麻。这便是玻璃的状态，移动1纳米需要10亿年的玻璃的状态。”

　　通俗地说，玻璃本质上就是被定住的液体；用科学术语表达，就是“无定形固体”。

　　很多材料都是无定形固体，表现得像玻璃。塑料是无定形固体，琥珀之类的天然材料亦然，细胞的某些部分也被认为类似玻璃，甚至根据韦茨说法，生奶油这样的泡沫也可以被描述为玻璃状材料。

　　韦茨表示：“找出各种‘玻璃’的通用机制，是真正的挑战，也是这门科学的美妙之处。”

　　如果你在某一瞬间拍下玻璃和液体的分子结构，二者看起来没区别，但一个是流动的，另一个是定住的，为什么呢？

　　剑桥大学理论物理学家卡米尔·斯卡利特说道：“目前有不同理论可解释为什么玻璃不会流动，但没有一个得到普遍认同。”

　　各种理论解释都牵涉热力学知识及其相关的大量数学公式。科学家正寻找更深层次的秩序，能够解释玻璃为什么具备硬质特性（而不是像塑料或橡胶那样的无定形固体）的本质原理。正如我们可以将食盐的硬质特性归因于它的晶体结构，我们肯定也可以把玻璃的特色归因于某个尚未明确的机制。

　　韦茨表示：“许多玻璃理论都试图理解分子的集体行动，理解它如何聚集在一起完美体育、相互影响。玻璃的系统内有大量原子和分子，它太复杂了，难以拆解分析。”

　　用斯卡利特的话说，对于结晶固体，你只需查看其简单的晶体结构，知道分子/原子的排列方式，就可预测其各种特性，例如如何吸收热量，又例如哪里最容易断裂，但玻璃有无限种分子排列方式，不存在通用的底层结构，因此我们无法预测玻璃的特性。

　　想了解它的断裂过程，就要亲手打碎它；想知道它的吸热能力，就要给它加加热；想制造某款新型玻璃，必须先反复试验。缺少完整的理论，也让科学家难以定义玻璃的本质。

　　斯卡利特表示，液体和玻璃之间没有明确界限。假如人类对时间流逝的感知是以十亿年为单位的，那么我们眼中的玻璃就可以算液体，因为我们能观察到它微弱的流动。有一种可能是，经过足够长的时间，玻璃最终会结晶成标准的晶体。从这个角度来看，玻璃是正在逐渐转变成晶体的液体。

　　威斯康星大学麦迪逊分校化学教授马克·埃迪格指出了另一种可能性：玻璃不会结晶，而是逐渐接近“完美无序”的状态。

　　怎么个完美法呢？“假设你有许多不同尺寸和形状的盒子，想把它们全装进货车后车厢里完美体育，但空间非常有限，你有且只有一种摆放方式来让所有盒子刚好装满车厢，换其他任何一种分布方式，都无法塞进全部，那么这种分布便是‘完美的无序’。”

　　埃迪格表示，达到完美无序的玻璃会是“理想”玻璃。“它的理想之处在于完美体育，分子集合（或者说组装）到一起的方式达到了最致密的水平。若想让它们聚集得更紧密，就要变晶体结构了。理想玻璃代表了物质的一个全新状态。”

　　当然，没人确定理想玻璃是否真存在，更遑论制造和应用了。埃迪格做了一些实验，尝试创制尽可能理想的玻璃，一次只将一个分子装到材料中。但他发现，越接近理想玻璃，装分子过程所需的时间就越长。

　　来自一亿多年前的琥珀碎片，现在进化到更“理想”状态了吗？有人研究过这个问题，但尚未找到答案。

　　关于“不够理想”的玻璃，其坚硬程度在一定程度上可通过“它接近完全无序的程度”来衡量。如前文所述，玻璃越接近理想状态，其分子聚集的紧密程度越接近极限，重新组装的能力也就越差，重新组装所需时间越长。根据埃迪格的说法，需要很长时间来让自己“动起来”的系统是“僵硬的”，或者说，坚硬的。

　　深入理解玻璃本质，有助于科学家预测玻璃的特性，设计更优异的玻璃。斯卡利特说道：“如果你了解物理特性如何从特定的无序结构中产生，你就能创建新材料，例如可弯曲、不易裂的手机屏幕，又例如可长时间存储核废料的玻璃。”

　　玻璃是一种既古老又现代的材料，它的历史可以追溯到数千年前，它的未来还有无限的可能。它是一种既简单又复杂的材料，一种既常见又神秘的材料，它的存在可以在我们的日常生活中随处发现，它的本质却在我们的科学探索中难以捉摸。返回搜狐，查看更多