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几十年来 , 科学家们一直希望找到或创造一种“理想玻璃” , 这是一种可以帮助解释这种神秘无定形固体特性的完美标本 。作为专门研究玻璃的物理学家 , 拉莫斯多年来一直想要古代琥珀 。他联系了在该地点工作的古生物学家 , 他们邀请他参观 。 “他们给了我他们不需要的清晰样品 , ”他说 。 “琥珀里没有有趣的昆虫或任何东西……但它们对我来说是完美的 。
物理学家长期以来一直梦想着这样完美的无定形固体 。他们渴望理想的玻璃 , 不是因为它(尽管它具有独特、非常有用的特性) , 而是因为它的存在将解开一个深刻的谜团 。每一扇窗户 , 每一面镜子 , 每一块塑料 , 每一块硬糖 , 甚至每一个细胞的细胞质 , 都构成了一个谜 。从技术上讲 , 所有这些材料都是玻璃 , 因为玻璃是固体和刚性的 , 但由无序分子组成 , 就像液体中的分子一样 。玻璃是一种悬浮液体 , 一种分子奇怪地不动的液体 。理想的玻璃 , 如果存在的话 , 会告诉我们原因 。
不方便的是 , 理想的玻璃需要很长时间才能形成 , 而且可能在整个宇宙历史中都没有形成 。物理学家只能寻找间接证据证明如果给定无限的时间就会出现这种情况 。马德里自治大学的实验物理学家拉莫斯希望 , 经过 1.1 亿年的老化 , 西班牙琥珀可能已经开始展现出完美的光芒 。如果是这样 , 当普通玻璃中的分子似乎什么都不做时 , 他就能知道它们在做什么 。
拉莫斯对琥珀的测量是对理想玻璃的兴趣激增的一部分 。在过去的几年里 , 制造玻璃并在计算机上模拟它的新方法取得了意想不到的进步 。在过去的几年里 , 新的玻璃制造方法和计算机模拟带来了意想不到的进步 。关于理想玻璃的性质及其与普通玻璃的联系 , 已经出现了重要线索 。这些研究为存在理想玻璃态的假设提供了新的支持 。
当您冷却液体时 , 它会结晶或硬化成玻璃 。这两种情况中的哪一种取决于工艺的实质和微妙之处 , 玻璃吹制者通过数千年的反复试验学到了这一点 。对他们来说 , 避免结晶是一门黑暗的艺术 。这两种情况非常不同 。结晶是从分子无序和自由流动的液相到结晶相的戏剧性转变 , 其中分子被锁定在规则的重复模式中 。例如 , 水在 0 摄氏度时结冰 , 因为在这个温度下水分子停止摇晃 , 刚好足以感受到彼此的力量并锁定到锁定状态 。
【物理学家解开谜团:为什么会存在玻璃?】
其他液体在冷却时更容易变成玻璃 。例如 , 二氧化硅(窗玻璃)最初是高于 1000 摄氏度的熔融液体 。当它冷却时 , 它的无序分子会轻微收缩并挤得更近 , 这使得液体变得越来越粘稠 。最终 , 分子完全停止运动 。在这种逐渐的玻璃化转变过程中 , 分子不会重组 。他们只是慢慢地停下来 。冷却液硬化的确切原因尚不清楚 。如果玻璃中的分子太冷而无法流动 , 应该仍然可以将它们挤压成新的排列 。剑桥大学的玻璃理论家 Camille Scalliet 解释说:“液体和玻璃具有相同的结构 , 但行为不同 。 关键是要理解这一点 。 ”
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