Ako staklo nije kruta tvar ili tekućina, što je onda? Fotografirao korisnik Flickr -Kenzie-
Čaša merlota možda svijet čini ružičastim, ali to može biti i frustracija za fizičara. Vino se sipa, prska i vrti, ali čaša ostaje kruta kao kruta posuda. Povećajte merlot i vidjet ćete kako se molekuli drže blizu, ali kreću se bez fiksnog položaja. Povećajte čašu za vino i vidjet ćete i ovaj neuredan raspored, ali nema pomaka.
Na atomskoj razini dva oblika materije izgledaju isto. Iako je čaša čvrsto smrznuta, nedostaje joj kruta kristalna struktura koja se nalazi u, recimo, kockicama leda.
Znanstvenici koji su proučavali staklo promatrali su iskrivljene verzije ikosaedra (ikosaedar na lijevoj strani, iskrivljena verzija s desne strane). Slika putem znanosti / Chen i Kotani
Iako umjetnici izrađuju staklo već tisućljećima, a znanstvenici proučavaju njegovu strukturu desetljećima, do sada nema jasnih eksperimentalnih dokaza koji bi potvrdili što sprečava tekućinu koja stvara čaše od kristalizacije. U novom radu objavljenom na mreži u časopisu Science, tim japanskih istraživača koristio je snažni elektronski difrakcijski mikroskop vidjeti staklo na najsitnijim mjerilima dosad. U tako visokoj razlučivosti vidjeli su kako izgleda osnovna jedinica nekih naočala-atoma upakiranih u iskrivljenu verziju ikosaedra, trodimenzionalni oblik s 20 lica.
S sofisticiranim geometrijskim alatima tim je okarakterizirao ta izobličenja, izvijestivši u radu da oni dozvoljavaju sustavu da „zadrži gusto atomsko pakiranje i niskoenergetsko stanje.“ Određeni raspored atoma, zaključuju istraživači, sama je bit staklanosti jer ometati razvoj dobro organiziran kristal.
Višestruki prikazi mikroskopskih slika atoma unutar stakla (desno) omogućili su istraživačima da dijagnosticiraju razinu izobličenja specifičnih ikosaedra koji su organizirali atome (lijevo). Slika putem znanosti / Chen i Kotani
Iako su istraživači proučavali čašu napravljenu od cirkonija i platine, a ne vaš prosječni prozor, rezultati mogu biti važni i za naočale. Razumijejući načine organiziranja atoma, znanstvenici materijala mogu pronaći načine izrade novih naočala i manipulirati onim što imaju.
Ali staklo je daleko od toga da se skuži. Dok studija objašnjava zašto neke tekućine formiraju čaše umjesto da se kristaliziraju, to ne objašnjava zašto te tekućine mogu postati dovoljno spori da bi bili čvrsti, kaže kemičar sa Sveučilišta Duke Patrick Charbonneau. Spot je pokušala riješiti velika zajednica znanstvenika još od 1980-ih , ali oko rješenja se ne mogu složiti pa čak i raspravljaju o najboljem pristupu.
Jedna popularna strategija čini korak unatrag kako bi pokušala shvatiti kako atomi ispunjavaju dani prostor. Atomi u staklu tretiraju ih kao tvrde sfere. Jednostavno, zar ne? "Ne postoji kvantna mehanika, nema teorija struna. Ne morate se pozivati na svemir", kaže Charbonneau. Pa ipak, čak i proučavanje stakla na ovaj način pokazalo se nevjerojatno teškim zbog komplikacija koje dolaze s pronalaženjem mjesta na kojima bi toliko čestica moglo zauzeti. Uz inherentni izazov opisivanja rasporeda sfera, pristup je pojednostavljivanje i nije jasno koliko bi to bilo relevantno za naočale u stvarnom svijetu.
Ipak, Charbonneau se čini energiziranim kada govori o takvim istraživačkim problemima. Čaša merlota je napola puna, jer vjeruje da je posljednjih nekoliko godina donijelo neizmjerni napredak. Znanstvenici su, kaže, postali kreativniji u postavljanju pitanja o staklu. Charbonneauova vlastita istraživanja simuliraju staklo u većim dimenzijama, a otkrića mogu imati važne posljedice za stupanj poremećaja u trodimenzionalnom staklu. Drugi istraživači razmišljaju o tome što bi se dogodilo ako biste imobilizirali neke čestice u prehlađenu tekućinu, nadajući se da će vam osvijetliti kako takve tekućine postižu staklasto stanje. Još više atomi u staklu smatraju entitete koji se mogu samostalno kretati, poput bioloških ćelija. Sva ta nastojanja pokušavaju odrediti vrste interakcija koje doprinose stvaranju stakla kako bi znanstvenici prepoznali zaista dobru teoriju sporosti kad to vide.
Unatoč svemu ovome o pokretu, nemojte očekivati da će vaša čaša vina uskoro ni na koji vidljiv način teći. Ova čaša "trajat će duže od vremenske skale svemira", kaže Charbonneau. Tvrdi da je vitraž u srednjovjekovnim katedralama na dnu deblji jer su stakleni tokovi u bunkeru. No, još uvijek ostaje tajna zašto točno ne teče.
