每10年就有一滴液体落下——这对统计物理学的基础提出了质疑。它是固体还是液体？事实证明，答案并不是那么简单，它除了是物理学中一个根本的未解决的问题外，还深入到我们的日常生活中。

1927年，托马斯·帕内尔教授开始做一个实验，向学生们证明一些物质既具有固体性质又具有液体性质。帕内尔将一份加热的沥青样品倒入一个密封的漏斗中，让它在里面静置三年。事实证明，要完成整个实验，三年时间实在是太少了。直到今天，液滴大约每10年下降一次。但如果你用锤子砸它，它就会像固体一样粉碎。

虽然音高听起来像是一种特殊的材料，但实际上并非如此。沥青是从石油或煤焦油中提取的，用于制造道路和屋顶的防水剂。事实上，大多数日常材料，如玻璃、塑料，甚至蛋黄酱都是固体和液体的混合物。

那么为什么这个问题还没有解决呢？

液体-固体相变与玻璃相变

• 体积突变伴随着熔融相变

统计物理学预测一个可测量的物理量的突然不连续性伴随相变从固体到液体或反之。以体积为例：当一个典型的固体被加热时，它的体积随着温度的升高而增大。在熔点处，随着固-液相的转变，在体积上有一个突变。随着体积的增加，有一个与固体熔化相关的潜热。这种热量是在恒定温度下克服固体中分子之间的引力所需要的能量，从而使物质突然从固体变为液体。那么这和液体-玻璃转变有什么不同呢？

• 《自然》（过冷液体和玻璃化转变），2001年3月8日，第410卷

接近玻璃化转变的液体绕过熔点，而是在低温下继续为液体。这种液体现在称为过冷的。过冷的液体往往具有较大的粘度，随着温度降低，粘度甚至会更大。

关于过冷液体的一个很好的例子是我前面讨论过的沥青滴实验中的沥青。在之前的文章中，我讨论了什么是粘度。粘度本质上是指液体扩散的容易程度。粘度越大，就越难扩散。例如，冷黄油比热黄油更黏稠，因此更难以涂在烤面包上。通过测量沥青滴下落的时间，科学家们发现沥青的黏度是水的2.3x10^11倍

然而，一旦温度更低，就会产生玻璃化转变的难题：如果一种液体在地质时间尺度上难以扩散，那么它是固体还是极慢的液体？

人类从公元前1世纪就知道吹玻璃了。一旦玻璃在高温下吹制并冷却，它最终会变得像固体一样坚硬。你可能不知道的是，玻璃吹制后冷却后，可能需要数百万年才能达到最终的平衡结构（一项有趣的研究观察了2000万年前琥珀化石的玻璃转变）。

这里有一个难题：在晶体中，分子形成一种有序的结构，因此黏性是无限的，固体不能扩散。是否存在类似的玻璃化转变温度，当低于该温度时粘度变为无穷大？但是你如何通过实验来验证这个无限大（考虑到玻璃相变附近的液体可能需要数百万年的时间才能流动）？

混乱中是否有隐藏的秩序？

在玻璃过渡时期，凝固以对数速度放缓。在冷却新吹制的玻璃后，可能需要一分钟的时间进行第一轮凝固，此时粘度增加了10倍。增加20倍的粘度需要10分钟，增加60倍的粘度需要一百万分钟。研究人员中流传着一个老笑话：第一个数据点需要1分钟，第二个10分钟，第三个100分钟，但是到了第5或6个数据点，就超过了一个博士生在学校的时间。

等待无限大的发生并不是确定是否存在玻璃化转变的唯一方法。液晶的转变伴随着结构的明显变化：无序的液体到有序的晶体。

液体和玻璃有相同的结构。最大的争论是无序的玻璃是否有某种隐藏的秩序，咋一看并不完全清楚。

关于玻璃是否存在隐藏的顺序，存在多种竞争的理论。一些流行的理论预测会突然出现理想的玻璃化转变温度，低于此温度，所有运动都会停止。在这个理想的玻璃化转变温度下，分子被完美地锁在一起，这样每个分子的运动都与其他分子相关。很多时候，这被认为是一样的，就像球体被随机地尽可能靠近地挤在一起——没有明显的秩序，但没有球体在移动。但是如何衡量这种顺序呢？是否存在随机顺序的结构特征仍然是一个未解决的问题。

文章来源：《石油实验地质》 网址: http://www.sysydzzz.cn/zonghexinwen/2021/0916/911.html