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  • 1 # 使用者738744747664

    “玻璃是液體”這種說法由來已久,最早起源於人們在觀察一些古老的建築時發現了一種奇怪的現象——這些建築的玻璃窗底部比頂部更厚,於是就有人據此推測玻璃其實是一種非常黏稠的液體,而這些玻璃窗的底部之所以比頂部更厚,就是因為液體在重力作用下向底部流動而造成的。

    需要注意的是,上述觀點目前仍然存在著很大的爭議,正反雙方都無法拿得出令人信服的證據,但總的來說,大多數人還是認為玻璃不應該在“短短的”幾個世紀內就發生明顯的變形。但這並不代表我們可以就此下結論,認為玻璃就是固體,這是因為玻璃確實存在著一些液體的特徵。

    我們都知道,液態水在結冰以後就變成了固態,從宏觀的角度來看,液態水在結冰以前是可流動的,而在結冰以後則是剛性的,並且具有固定的形狀和體積,而從微觀的角度來看,液態水在結冰以前,其水分子是雜亂的,並沒有牢固結合,而在結冰以後,水分子的排列就變得牢固和有序,各個原子形成了規則的晶格結構,因此我們能夠很容易地定義水的固態和液態。

    但這一招用在玻璃上就不是那麼管用了,儘管在我們的眼中,玻璃也具有固體的特徵,但從微觀的角度來看就不一樣了,研究人員透過高倍顯微鏡對玻璃進行觀察後發現,即使是處於類似固體的狀態,玻璃的原子結構也是雜亂的,其混亂程度與液體幾乎沒有什麼區別,而這種原子結構也就意味著玻璃可以流動,只不過流動的速度極其緩慢。

    我們可以看到,玻璃既具有固體的一部分特徵,也具有液體的一部分特徵,這就讓我們不好定義玻璃這種物質到底是固體還是液體了。我們可以將其定義為“無定形的固體”,也可以將其定義為“高黏度的液體”,又或者將其定義為“既不是固體,也不是液體”的另一種物質狀態。

    那麼問題就來了,玻璃為什麼就這麼奇怪呢?

    著名的《科學》雜誌(SCIENCE)曾經在創刊125週年的時候,公佈了125個“最具挑戰性的科學問題”,在這之中,“玻璃態物質的本質是什麼”名列第47名,由此可見這個問題其實相當的不簡單。

    在過去的日子裡,科學家們一直在試圖弄清楚這是怎麼回事,就目前來看,一項在2008年發表在《自然》雜誌上的研究成果似乎能夠對此作出較好的解釋,該研究表明,熔融態物質在冷卻的時候,會形成一種特殊的原子結構,這阻止了晶格結構的形成。

    根據該專案的研究人員、布里斯托爾大學的帕蒂.羅伊爾(Paddy Royall)的介紹,形成玻璃的熔融態物質的黏度會隨著溫度的下降而迅速增高,這會導致其中的原子根本來不及形成規則的晶格結構,而只能形成一種特殊的二十面體結構,從而無法成為真正意義上的固體。簡單地講就是,這些原子被“困住了”。

    值得一提的是,固體和液體在有些時候真的很難區分,比如說瀝青就是液體,但是這種物質擁有極高的黏度,以至於它看上去和固體一樣。為了驗證這個現象,昆士蘭大學的物理學家托馬斯.帕內爾(Thomas Parnell)曾設計了一個著名的“瀝青滴漏實驗”。

    該實驗其實很簡單,就是將瀝青置入一個漏斗中,然後再觀察它的流動情況,但由於瀝青流動的速度慢得令人髮指,從1927年實驗開始一直到現在,該實驗中的瀝青只滴落了9次,並且這9次都沒有被人親眼見證。目前該實驗仍然在進行,被稱為“人類科學史上歷時最長的實驗”。

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