科學是一門有趣的學科,新的發現和發明往往會增強我們對複雜世界的認識。而對科學的基本理解圍繞著物質的四種基本狀態——固體、液體、氣體和等離子體,其中每種物質狀態都以相變為特徵。
然而,在1924年阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)和薩特延德拉·納特·玻色(Satyendra Nath Bose)提出了“玻色-愛因斯坦凝聚體”(BEC)的理論,即物質不再表現為獨立的粒子態並能坍縮成可以用單個均勻波函式描述的單個量子態。
直到1995年,研究人員才透過科學實驗證實了這種型別的冷凝物(溫度非常接近絕對零度,即273.15攝氏度)存在。 此後,研究人員一直在對這種所謂的第五種物質狀態進行研究。最近的一項發現表明,目前仍有很多我們尚且熟知的東西。
康斯坦茨大學的科學家就發現了一種新的物質狀態——液態玻璃,它具有未知元素結構和非同尋常的特性。與傳統觀念相反,玻璃會被人們視為固體。實際上,它是一種無定形的固體。當它從液態到固態發生轉變時,自由流動的原子會轉化為剛性晶體。然而,在玻璃處於固體的情況下,原子以無序狀態“凍結”。
科學家發現,在各種其他材料中,如金屬、塑膠、蛋白質甚至生物細胞中,都可以看到表現出這種玻璃狀態的行為特性。對於“液體玻璃”的實驗表明,原子可能表現出複雜的行為。
研究人員利用一個包含特製橢球膠體懸浮液的模型系統發現單個粒子能夠移動但不能旋轉。 膠體懸浮混合物由懸浮在流體中的大固體顆粒組成,使科學家更容易觀察到原子或分子的物理行為。固體顆粒的尺寸為微米(百萬分之一米)級別,要比原子或分子大,因此非常適合利用光學顯微鏡進行研究。
懸浮液中不同的粒子濃度被用來使用共聚焦顯微鏡跟蹤粒子的平移和旋轉運動。實驗表明,在更高的濃度下,粒子相互阻擋旋轉,但它們仍然可以移動,形成液態玻璃狀態。
根據該小組的說法,這些觀察結果是在兩種相互競爭的玻璃相變中發現的——規則相變和非平衡相變,它們相互作用。這項研究的結果表明,類似的動力學可能在其他玻璃成型系統中發揮作用。這不僅可以促進液晶裝置的發展,還可以幫助我們從分子到宇宙層面去理解複雜系統行為。