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玻璃是固体还是液体,科学家也很头大

科普小知识2021-07-10 02:34:31
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清晨的阳光透过玻璃窗洒在脸上,音乐响起,手指在手机的玻璃屏幕上弹了弹,关掉了闹钟,长长的牛奶香味从餐桌上的玻璃洒了出来,唤醒了新的一天...在生活中,人们早已习惯了玻璃物质,但你可能不知道这些几乎无处不在的“玻璃”一直困扰着物理学家。甚至一向高度冷峻的《科学》杂志也曾将“玻璃物质的本质是什么”列为125个最具挑战性的科学前沿问题之一。

玻璃是固体还是液体,科学家也很头大

不能区分固体和液体

玻璃形状坚硬,具有固体的特性。但奇怪的是,它的原子排列和液体的无序完全一样。

众所周知,固体有固定的形状,而液体没有固定的形状。此外,一些固体具有非常有序的原子结构。原子是规则的、周期性排列的,这种规则有序的结构是相对稳定的。相反,液体中原子的排列是混乱的。它们不规则地聚集在一起,原子的位置不断变化。

然而,玻璃是成形的和坚硬的,并且具有固体性质。但奇怪的是,它的原子排列和液体的无序完全一样。也就是说,在表面上,玻璃更像固体,但内部原子排列更像液体。

一些专家认为,自然界中的固体物质根据其微观结构特征可以大致分为两类:一类是原子或粒子排列整齐有序,就像方阵,即结晶固体;另一种原子或粒子是无序排列的,就像街上熙熙攘攘的人群,即无定形固体。玻璃是典型的无定形固体。

8月15日,中国科学院物理研究所的王伟华院士在接受《科学技术日报》记者采访时说:“事实上,玻璃是一种液体,原子在其中的运动非常缓慢。液体中的原子不断移动,但玻璃中的原子移动非常缓慢,比普通液体中的原子慢20-30个数量级。”为了解释普通液体中原子的速度和玻璃中原子的速度之间的巨大差异,王伟华做了一个形象的类比:“原子在普通液体中比火箭运动得快,但在玻璃中比蜗牛运动得慢。”

美国科学家菲利普·吉布斯在加州大学河滨分校数学系的主页上发表了《玻璃是固体还是液体?”还指出,从分子动力学和热力学的某些方面来看,玻璃可以被看作是一种高粘度的液体,一种无定形的固体,或者另一种既非液体也非固体的状态。