這個說法虛實結合、成分復雜。
一方面，有些玻璃窗的確是底部比頂部更厚，但那是由制造工藝導致的。中世紀的窗戶通常采用「皇冠工藝」制作：玻璃先被吹成空心球體，接著壓平，然後旋轉成扁平圓盤，最後圓盤被切割用作玻璃窗。由於圓盤中心較厚，邊緣較薄，故切割得到的窗玻璃會有頂底厚度不均的情況。
另一方面，從某種意義上說，玻璃的確在「流動」，的確具備一些類似液體的特性，但幾百年光景不足以使窗玻璃發生形變。2017年，科學家發表論文指出，教堂的窗玻璃能在10億年時間裏流動1奈米。（一張紙的厚度約為100000奈米。）
編譯 | 槳篤繪
劍橋大學理論物理學家卡米爾·斯卡利特（Camille Scalliet）說道：「玻璃違背了我們對液體、固體和瓦斯的簡單分類。科學家要解決的問題不是‘玻璃為什麽會流動’，而是‘它為什麽會是固體’。」
世界各地的學者都在探索玻璃的秘密，嘗試給這種最常見材料下一個更完美定義。對玻璃的深刻理解可以告訴我們，它在數十億年裏如何變化，最終形態如何，也可以幫我們判斷，玻璃的某些形態能否被視為一種新的物質狀態。
更吸引人之處在於， 當我們足夠了解玻璃，就能開始創造尚不存在的材料——更堅固、更柔韌、擁有神奇特性的玻璃！
停住的「舞廳」
從微觀層面看，所有物質都由原子或分子組成。溫度會改變微觀粒子的排列方式，低溫使它們趨於凝固，高溫讓它們更活泛。
液體中的分子非常無序，它們快速、無規則地遊走，排列隨機，就好像舞廳裏的眾人，充滿活力地相互移動、碰撞、摩擦，每一時刻的相對位置都不一樣。
固體的狀態全然不同。通常我們將晶體視作標準的固體，而晶體的分子/原子呈結構化、有規則的排列，就像音樂會上的觀眾，每個人都坐在固定席位上，不會相對移動，只會在座上做些振動。當溫度冷卻時，原子和分子以規則的幾何圖案排列。只有溫度達到熔點，座位的限定才被解除，固態轉變為液態。
玻璃不是液體，也絕非晶體，雖然名義上算固體，但實質上兼具固體和液體的特性。
關於玻璃如何形成的最簡單解釋是，它本是一種液體，因冷卻得太快，無法形成晶體，故分子被釘選在混亂的液體狀排列之中。哈佛大學物理學家大衛·韋茨（David Weitz）這樣解釋道：
這就好比，舞廳裏的眾人原本都充滿動能，可是由於某種原因，一部份人決定停止移動，那麽此時你要想在擁擠且停滯的人群中移動是非常困難的。於是你停住不動了，你身邊的甲和乙因為你不動，也就放棄了動的念頭，甲乙身邊的丙丁、戊己、庚辛都停下了……整個舞廳的人都停了下來。每個人被釘選在原地，但並不以有規則的方式排列，而是一團亂麻。這便是玻璃的狀態，移動1奈米需要10億年的玻璃的狀態。通俗地說，玻璃本質上就是被定住的液體；用科學術語表達，就是「無定形固體」（amorphous solid）。
很多材料都是無定形固體，表現得像玻璃。塑膠是無定形固體，琥珀之類的天然材料亦然，細胞的某些部份也被認為類似玻璃，甚至根據韋茨說法，生鮮奶油這樣的泡沫也可以被描述為玻璃狀材料。
韋茨表示：「找出各種‘玻璃’的通用機制，是真正的挑戰，也是這門科學的美妙之處。」
完美的無序
如果你在某一瞬間拍下玻璃和液體的分子結構，二者看起來沒區別，但一個是流動的，另一個是定住的，為什麽呢？
斯卡利特表示：「目前有不同理論可解釋為什麽玻璃不會流動，但沒有一個得到普遍認同。」
各種理論解釋都牽涉熱力學知識及其相關的大量數學公式。科學家正尋找更深層次的秩序，能夠解釋玻璃為什麽具備硬質特性（而不是像塑膠或橡膠那樣的無定形固體）的本質原理。正如我們可以將食鹽的硬質特性歸因於它的晶體結構，我們肯定也可以把玻璃的特色歸因於某個尚未明確的機制。
韋茨表示：「許多玻璃理論都試圖理解分子的集體行動，理解它如何聚集在一起、相互影響。玻璃的系統內有大量原子和分子，它太復雜了，難以拆解分析。」
用斯卡利特的話說，對於結晶固體，你只需檢視其簡單的晶體結構，知道分子/原子的排列方式，就可預測其各種特性，例如如何吸收熱量，又例如哪裏最容易斷裂，但玻璃有無限種分子排列方式，不存在通用的底層結構，因此我們無法預測玻璃的特性。
想了解它的斷裂過程，就要親手打碎它；想知道它的吸熱能力，就要給它加加熱；想制造某款新型玻璃，必須先反復試驗。缺少完整的理論，也讓科學家難以定義玻璃的本質。
斯卡利特表示，液體和玻璃之間沒有明確界限。假如人類對時間流逝的感知是以十億年為單位的，那麽我們眼中的玻璃就可以算液體，因為我們能觀察到它微弱的流動。有一種可能是，經過足夠長的時間，玻璃最終會結晶成標準的晶體。從這個角度來看，玻璃是正在逐漸轉變成晶體的液體。
威斯康辛大學麥迪遜分校化學教授馬克·艾迪格（Mark Ediger）指出了另一種可能性：玻璃不會結晶，而是逐漸接近「完美無序」的狀態。
怎麽個完美法呢？
「假設你有許多不同尺寸和形狀的盒子，想把它們全裝進貨車後車廂裏，但空間非常有限，你有且只有一種擺放方式來讓所有盒子剛好裝滿車廂，換其他任何一種分布方式，都無法塞進全部，那麽這種分布便是‘完美的無序’。」
理想的玻璃
艾迪格表示，達到完美無序的玻璃會是「理想」玻璃。「它的理想之處在於，分子集合（或者說組裝）到一起的方式達到了最致密的水平。若想讓它們聚集得更緊密，就要變晶體結構了。理想玻璃代表了物質的一個全新狀態。」
當然，沒人確定理想玻璃是否真存在，更遑論制造和套用了。艾迪格做了一些實驗，嘗試創制盡可能理想的玻璃，一次只將一個分子裝到材料中。但他發現，越接近理想玻璃，裝分子過程所需的時間就越長。
來自一億多年前的琥珀碎片，現在前進演化到更「理想」狀態了嗎。有人研究過這個問題，但尚未找到答案。
關於「不夠理想」的玻璃，其堅硬程度在一定程度上可透過「它接近完全無序的程度」來衡量。
如前文所述，玻璃越接近理想狀態，其分子聚集的緊密程度越接近極限，重新組裝的能力也就越差，重新組裝所需時間越長。根據艾迪格的說法，需要很長時間來讓自己「動起來」的系統是「僵硬的」（stiff），或者說，堅硬的。
深入理解玻璃本質，有助於科學家預測玻璃的特性，設計更優異的玻璃。斯卡利特說道：「如果你了解物理特性如何從特定的無序結構中產生，你就能建立新材料，例如可彎曲、不易裂的手機螢幕，又例如可長時間儲存核廢料的玻璃。」
本文作者布萊恩·雷斯尼克（Brian Resnick）是 Vox的高級記者，致力於報道社會和行為科學、太空、醫學、環境等方面的內容。他曾挖掘月球上人類排泄物的天體生物學影響，也曾聚焦科學機構的結構性問題。新冠大流行初期，雷斯尼克發表了多篇澄清科學事實的文章，幫助讀者設定對未來幾年的期望。資料來源
https://www. vox.com/the-highlight/2 3850787/what-is-glass-scientific-mystery
本文經授權轉載自微信公眾號「世界科學」
