玻璃是固体还是液体?科学家:不能确定,或是一种全新的形态

我们在日常生活中接触到的物质,无非就是些固体、液体和气体,三者的区别不仅是外表上的,还有深层次的粒子组成问题(www.fengzhuan.com.cn)。固体中的粒子紧紧相扣,如果没有环境的干扰,里面的粒子是不会做运动的。

液体的形状不确定,由身处的环境决定。内部粒子的运动较为剧烈,使得液体的流动性远高于固体。它和气体有着关联性,当温度升高,液体就有可能会转化为气体。站在微观角度,就是粒子的顺序被彻底打乱,彼此之间的距离也随之扩大。除非环境改变,不然物质的状态是稳定不变的。

玻璃的形态却是个让科学家头疼的问题,对于它到底是固体还是液体,一直没有确定的结论,你也不要轻易认为玻璃就是固体,权威期刊《科学》曾经将玻璃的形态列为科学界的难题之一。细心观察一下生活中的玻璃,不难发现,那些在下面的玻璃,往往比上面的玻璃更厚。古代的科学家发现这一问题,立即猜想玻璃可能是一种液体。

反对的科学家更多,双方的论战持续了几百年,达成的唯一共识是玻璃的形态不能轻易下结论。我们判断物体是什么形态的,基本都是用眼睛看出来的。或者直接用手出触摸,感知它的形态。看不出来就用显微镜,观察粒子的组成,所以我们能准确判断出绝大多数的物质是什么形态。

我们用眼睛去看,用手触摸,玻璃都表现得像是固体。显微镜下的玻璃,粒子结构一览无余,顺序杂乱没有规律,和液体相似。普通固体在显微镜下能看到粒子排列成晶格结构,玻璃看不见,粒子太混乱了,难怪有科学家说玻璃也可以流动。

玻璃所表现出来的特性,说它是固体,内部粒子又没有定型。说它是液体,粒子的运动速度又极其缓慢。我们没有办法去准确定义它的形态,我们不能违背现实,不然就背离了科学精神,只能简单地认为,玻璃是一种特殊且独立的物质状态,且和固体、液体都有关联性。

天然形成的玻璃,和人工制造的玻璃在最后的成型时略有差异,有科学家认为,玻璃的特性或许和它的形成条件有关。有证据表明,当物质被高温加热成熔融态时,内部的粒子结构也是不规则的,整体的形态又比较坚固,呈现出奇特的二十面体结构,而不是晶格结构。

因为物质变成熔融态后,会经历一个迅速冷却的时期,粒子的运动变慢,物质的黏度增加。科学家打了个比方,在这些粒子还没有反应过来的时候,突然被装在了一个“笼子”里,速度和空间都被限制了。这才让玻璃的性质变得如此怪异,既像是固体又像是液体。

值得一提的是,在压强和温度合适的情况下,钾、钠、铋等金属也会表现出固体和液体的状态。还有沥青,大名鼎鼎的沥青滴漏实验,就是为了证明沥青不是固体,即使它看上去确实很像。

沥青滴漏实验现在还在继续,已经持续94年了。它是液体不假,但是沥青里的粒子,运动非常慢,每过10年左右才会滴落1滴。若是玻璃也可以滴落,恐怕它滴落1次的时间比沥青还要长,人是观察不到了,只能靠机器记录这一画面。而玻璃的形态是什么,还得等更有说服力的证据出现,才能盖棺定论。

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