Pokud sklo není pevná látka nebo kapalina, co to je? Foto uživatele Flickr -Kenzie-
Sklenici merlot může způsobit, že svět vypadá růžově, ale může to být také zdrojem frustrace pro fyzika. Víno nalévá, stříká a víří, ale sklo zůstává tuhé jako pevná nádoba. Přibližte merlot a uvidíte molekuly držené blízko sebe, ale pohybující se bez pevné polohy. Přibližte si sklenici na víno a uvidíte také toto neuspořádané uspořádání, ale žádný pohyb.
Na atomové úrovni vypadají obě formy hmoty stejně. I když je sklo zamrzlé pevné, postrádá tuhou krystalickou strukturu nalezenou například v kostkách ledu.
Vědci studující sklo pozorovali zkreslené verze icosahedronů (icosahedron vlevo, zkreslená verze vpravo). Obrázek přes Science / Chen a Kotani
Ačkoli řemeslníci vyrábějí sklo po tisíciletí a vědci studují jeho strukturu po celá desetiletí, dosud neexistují žádné jasné experimentální důkazy, které by potvrdily, co zabraňuje krystalizaci kapalin, které tvoří brýle. V novém příspěvku publikovaném online ve vědě použil tým japonských vědců vysoce výkonný elektronový difrakční mikroskop pro zobrazení skla v nejmenších stupnicích. Při takovém vysokém rozlišení viděli, co vypadá jako základní jednotka některých brýlí - atomů zabalených do zkreslené verze ikosedronu, trojrozměrného tvaru s 20 tvářemi.
S pomocí sofistikovaných geometrických nástrojů tým charakterizoval tato zkreslení a v příspěvku uváděl, že systému umožňuje „udržet husté atomové balení a stav nízké energie.“ Někteří uspořádání atomů, jak tvrdí vědci, jsou podstatou sklovitosti, protože oni zasahovat do rozvoje dobře organizovaný krystal.
Vícenásobné pohledy na mikroskopické obrazy atomů ve skle (vpravo) umožnily vědcům znázornit úroveň zkreslení specifických ikosedronů, které atomy uspořádaly (vlevo). Obrázek přes Science / Chen a Kotani
Přestože vědci studovali sklenici vyrobenou ze zirkonia a platiny, ne z průměrného výplně, výsledky se u sklenic mohou držet širší. Pochopením způsobu, jakým se atomy organizují, mohou vědci v materiálu najít způsoby, jak vyrobit nové brýle a manipulovat s těmi, které mají.
Ale sklo není zdaleka vymyslet. Studie vysvětluje, proč některé tekutiny vytvářejí brýle namísto krystalizace to nevysvětluje, proč se tyto kapaliny mohou stát natolik pomalé, aby byly pevné, říká chemik Duke University Patrick Charbonneau. Velká skupina vědců se pokouší vyřešit slabost od 80. let , ale nemohou se na řešení dohodnout a dokonce hádají o nejlepší přístup.
Jedna populární strategie se o krok zpět snaží pochopit, jak atomy vyplňují daný prostor. Zpracovává atomy ve skle jako tvrdé koule zabalené dohromady. Jednoduché, že? "Neexistuje žádná kvantová mechanika, neexistuje teorie strun, nemusíte se odvolávat na vesmír, " říká Charbonneau. A přesto se studium skla tímto způsobem ukázalo neuvěřitelně obtížné kvůli komplikacím, které přicházejí s přijetím na to, jaké pozice by mohlo tolik částic obsáhnout. Kromě základní výzvy, která spočívá v popisu uspořádání sfér, je tento přístup zjednodušením a není jasné, jak by to bylo relevantní pro brýle skutečného světa.
Charbonneau se přesto zdá být pod napětím, když mluví o takových výzkumných problémech. Jeho sklenice merlot je napůl plná, protože věří, že posledních několik let přineslo obrovský pokrok. Vědci, jak říká, se stali kreativní při kladení otázek na sklo. Charbonneauův vlastní výzkum simuluje sklo ve vyšších dimenzích, nálezy, které by mohly mít důležité důsledky pro míru poruchy v trojrozměrném skle. Jiní vědci uvažují o tom, co by se stalo, kdybyste imobilizovali některé částice v podchlazené tekutině a doufali, že osvětlí, jak takové kapaliny dosáhnou sklovitého stavu. A ještě více uvažují atomy ve skle jako entity, které se mohou pohybovat samy o sobě, něco jako biologické buňky. Všechny tyto snahy se pokoušejí určit typy interakcí, které přispívají k tvorbě skla, aby vědci poznali opravdu dobrou teorii stagnace, když ji uvidí.
I přes všechny tyto rozhovory o pohybu neočekávejte, že vaše sklenice na víno proudí viditelným způsobem kdykoli. Toto sklo „vydrží déle, než je časový rámec vesmíru, “ říká Charbonneau. Tvrdí, že vitráže ve středověkých katedrálech jsou na dně tlustší, protože skleněné toky jsou patrné. Ale přesně to, proč to neprotéká, zůstává záhadou.
