Če steklo ni trdno ali tekoče, kaj je potem? Fotografiral uporabnik Flickr -Kenzie-
Kozarec merlota Morda bo svet videti rožnat, lahko pa tudi fiziku povzroči frustracije. Vino se vliva, brizga in vrtinči, vendar kozarec ostane trd kot trdna posoda. Povečajte merlot in videli boste molekule, ki so tesno povezane, vendar se gibljejo brez fiksnega položaja. Povečajte vinski kozarec in videli boste tudi to neurejeno ureditev, vendar brez premikanja.
Na atomski ravni sta dve obliki matere videti enako. Čeprav je kozarec trdno zamrznjen, mu primanjkuje toge kristalne strukture, ki jo najdemo v recimo ledenih kockah.
Znanstveniki, ki preučujejo steklo, so opazili popačene različice ikozaedrov (ikozaedri na levi, izkrivljena različica na desni). Slika prek Science / Chen in Kotani
Čeprav obrtniki že tisočletja izdelujejo steklo in znanstveniki že desetletja preučujejo njegovo strukturo, do zdaj ni jasnih eksperimentalnih dokazov, ki bi potrdili, kaj preprečuje kristalizaciji tekočin, ki tvorijo kozarce. V novem prispevku, objavljenem na spletu v Science, je ekipa japonskih raziskovalcev uporabila močan elektronski difrakcijski mikroskop za ogled stekla na najtanjših lestvicah doslej. Pri tako visoki ločljivosti so videli, kako izgleda osnovna enota nekaterih kozarcev-atomov, pakiranih v popačeno različico ikozaedra, tridimenzionalne oblike z 20 obrazi.
Skupina je s prefinjenimi geometrijskimi orodji zaznamovala ta izkrivljanja in v prispevku poročala, da sistemu omogočajo, da "ohrani gosto atomsko embalažo in nizkoenergijsko stanje." Določene ureditve atomov, zaključujejo raziskovalci, so bistvo stekla, ker motijo razvoj dobro organiziran kristal.
Številni pogledi mikroskopskih slik atomov znotraj stekla (desno) so raziskovalcem omogočili, da narišejo stopnjo popačenosti specifičnih ikozaedrov, ki so atome organizirali (levo). Slika prek Science / Chen in Kotani
Čeprav so raziskovalci preučevali kozarec iz cirkonija in platine, ne pa vašega povprečnega okna, lahko rezultati za očala veljajo širše. Z razumevanjem načinov organizacije atomov znanstveniki materiali lahko najdejo načine, kako narediti nova očala in manipulirati s tistimi, ki jih imajo.
Toda steklo še zdaleč ni ugotovljeno. Medtem ko študija pojasnjuje, zakaj nekatere tekočine tvorijo očala namesto da se kristalizira, to ne razloži, zakaj te tekočine lahko postanejo dovolj počasi, da so trdne, pravi kemik z univerze Duke Patrick Charbonneau. Številna skupnost znanstvenikov poskuša rešiti minljivost že od osemdesetih let , vendar se glede rešitve ne morejo strinjati in se sploh prepirajo o najboljšem pristopu.
Ena izmed priljubljenih strategij je korak nazaj, da bi poskusili razumeti, kako atomi zapolnjujejo določen prostor. Atome v steklu obravnava kot trde krogle, zbrane skupaj. Enostavno, kajne? "Ni kvantne mehanike, ni teorije strun, ni se vam treba sklicevati na vesolje, " pravi Charbonneau. In vendar se je celo preučevanje stekla na ta način izkazalo za izjemno težko zaradi zapletov, ki izhajajo z ugotovitvijo, na katerih položajih bi lahko zasedali toliko delcev. Poleg izbranega izziva opisovanja krogel je pristop poenostavitev in ni jasno, koliko bi bilo to primerno za očala v resničnem svetu.
Kljub temu se Charbonneau zdi, da je energičen, ko govori o tovrstnih raziskovalnih težavah. Njegov kozarec merlota je napol poln, saj verjame, da so zadnja leta prinesla neizmeren napredek. Znanstveniki so, kot pravi, postali bolj kreativni pri postavljanju vprašanj o steklu. Charbonneauove lastne raziskave simulirajo steklo v višjih dimenzijah, ugotovitve, ki bi lahko imele pomembne posledice za stopnjo motnje v tridimenzionalnem steklu. Drugi raziskovalci razmišljajo, kaj bi se zgodilo, če bi imobilizirali nekaj delcev v prehlajeni tekočini in upali razsvetliti, kako takšne tekočine dosežejo stekleno stanje. Še več pa atome v steklu obravnava kot entitete, ki se lahko gibljejo same, nekako kot biološke celice. Vsa ta prizadevanja poskušajo določiti vrste interakcij, ki prispevajo k nastanku stekla, tako da bodo znanstveniki, ko ga bodo videli, prepoznali res dobro teorijo minljivosti.
Kljub vsem tem govorim o gibanju, ne pričakujte, da bo vaš vinski kozarec kmalu kmalu na kakršen koli viden način pretočil Ta kozarec "bo trajal dlje kot časovnica vesolja, " pravi Charbonneau. Trdi, da je vitraž v srednjeveških katedralah na dnu debelejši, ker so stekleni tokovi pogradi. Toda natančno, zakaj ne teče, še vedno ostaja skrivnost.
