Jika kaca bukan pepejal atau cecair, maka apa itu? Foto oleh pengguna Flickr -Kenzie-
Satu gelas merlot boleh menjadikan dunia kelihatan mawar, tetapi ia juga boleh menjadi sumber kekecewaan bagi ahli fizik. Wain menuangkan, memercikkan dan berputar, namun kaca itu tetap kaku sebagai sebuah kapal yang kukuh. Zum masuk pada merlot dan anda akan melihat molekul dipegang rapat tetapi bergerak tanpa kedudukan tetap. Zum masuk ke dalam wain dan anda juga akan melihat susunan ini tanpa gangguan, tetapi tiada pergerakan.
Pada peringkat atom, kedua-dua bentuk perkara kelihatan sama. Walaupun kaca dibekukan pepejal, ia tidak mempunyai struktur kristal kaku yang terdapat dalam, katakan, kiub ais.
Para saintis yang mengkaji kaca mengamuk versi distorsi icosahedrons (icosahedron di sebelah kiri, versi yang terdistorsi di sebelah kanan). Imej melalui Sains / Chen dan Kotani
Walaupun pengrajin telah membuat kaca selama beribu tahun dan para saintis telah mengkaji strukturnya selama beberapa dekad, sehingga kini tidak ada bukti percubaan yang jelas untuk mengesahkan apa yang menghalang cecair yang membentuk gelas dari mengristalisasi. Dalam makalah baru yang diterbitkan dalam talian dalam Sains, satu pasukan penyelidik Jepun menggunakan mikroskop difraksi elektron bertenaga tinggi untuk melihat kaca pada skala yang paling kecil lagi. Pada resolusi tinggi sedemikian mereka melihat apa yang kelihatan sebagai unit asas beberapa atom kacamata yang dibungkus dalam versi yang terdistorsi dari icosahedron, bentuk tiga dimensi dengan 20 muka.
Dengan alat-alat geometrik yang canggih, pasukan mencirikan distorsi tersebut, melaporkan di dalam kertas bahawa mereka membenarkan sistem itu "mengekalkan pembungkusan atom padat dan keadaan tenaga yang rendah." Pengaturan beberapa atom, penyelidik menyimpulkan, adalah intipati kaca kerana mereka mengganggu pembangunan kristal yang teratur.
Pelbagai pandangan imej mikroskopik atom di dalam gelas (kanan) membolehkan penyelidik membuat gambarajah tahap penyelewengan spesifik icosahedrons yang menganjurkan atom (kiri). Imej melalui Sains / Chen dan Kotani
Walaupun para penyelidik sedang mengkaji kaca yang terbuat dari zirkonium dan platinum, bukan windowpane purata anda, hasilnya mungkin memegang kacamata lebih luas. Dengan memahami cara menganjurkan atom, para saintis bahan dapat mencari cara untuk membuat kacamata baru dan memanipulasi yang mereka punya.
Tetapi kaca jauh dari segi figur. Walaupun kajian ini menjelaskan mengapa sesetengah cecair membentuk gelas bukannya mengkristal, ia tidak menjelaskan mengapa cecair ini boleh menjadi cukup lembap untuk menjadi pepejal, kata ahli kimia Duke University Patrick Charbonneau. Masyarakat saintis yang besar telah cuba menyelesaikan kelesuan sejak tahun 1980-an , tetapi mereka tidak boleh bersetuju dengan penyelesaian itu dan mereka juga berhujah tentang pendekatan terbaik.
Satu strategi popular mengambil langkah mundur untuk cuba memahami bagaimana atom mengisi ruang yang diberikan. Ia memperlakukan atom-atom dalam kaca sebagai sfera keras yang dikemas bersama. Mudah, kan? "Tidak ada mekanik kuantum, tidak ada teori tali, kamu tidak perlu menggunakan ruang luar, " kata Charbonneau. Namun, walaupun mengkaji kaca dengan cara ini telah terbukti sangat sukar kerana komplikasi yang datang dengan memikirkan apa jawatan yang banyak zarah dapat menduduki. Di samping cabaran yang sedia ada untuk menerangkan susunan sfera, pendekatan itu adalah penyederhanaan dan tidak jelas bagaimana relevannya untuk cermin mata dunia.
Namun, Charbonneau kelihatan bertenaga apabila dia bercakap tentang masalah penyelidikan itu. Gelas merlotnya setengah penuh, kerana dia percaya beberapa tahun terakhir telah membawa kemajuan besar. Para saintis, katanya, telah menjadi lebih kreatif dalam bertanya soalan tentang kaca. Penyelidikan Charbonneau sendiri meniru kaca dalam dimensi yang lebih tinggi, penemuan yang boleh mempunyai implikasi penting bagi tahap gangguan dalam kaca tiga dimensi. Penyelidik lain menimbangkan apa yang akan berlaku jika anda melancarkan beberapa zarah dalam cecair superkelas, dengan harapan untuk menerangi bagaimana cecair tersebut mencapai keadaan yang berkaca. Masih lebih banyak menimbangkan atom dalam kaca sebagai entiti yang boleh bergerak sendiri, semacam sel biologi. Kesemua usaha ini cuba menentukan jenis interaksi yang menyumbang kepada pembentukan kaca, supaya para saintis akan mengenali teori kelesuan yang sangat baik ketika mereka melihatnya.
Walaupun semua perbincangan tentang pergerakan ini, janganlah mengharapkan kaca wain anda mengalir dengan cara yang kelihatan dalam masa terdekat. Kaca ini "akan bertahan lebih lama daripada skala alam semesta, " kata Charbonneau. Tuntutan bahawa kaca berwarna di katedral zaman pertengahan lebih tebal di bahagian bawah kerana aliran kaca adalah bunk. Tetapi tepat mengapa ia tidak mengalir masih menjadi misteri.
