Странный материал: действительно ли стекло является жидкостью и как мы можем видеть сквозь него

Стекло представляет собой аморфный материал с интересными и в то же время странными свойствами. Но как стекло вдет себя на атомном уровне? Почему мы можем видеть сквозь него? И что такое на самом деле стекло? Об этом пишет IFLScience.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Стекло – это жидкость или твердое тело?

Иногда в сети можно встретить утверждение, что стекла на самом деле является жидкостью, а не твердым телом. Но стекло движется настолько медленно, что нельзя этого увидеть. Обычно обоснованием для такого утверждения является то, что витражи в старых церквях толще внизу. Это объясняется тем, что гравитация тянула стекло вниз в течение сотен лет. На самом деле у стекла много общего с жидкостью, но есть и свойства твердых тел. То есть стекло точно не является жидкостью.

Существует много видов стекла, но проще всего сосредоточиться на диоксиде кремния, который является основным компонентом большинства стекол. Если диоксид кремния достаточно нагреть, он расплавится и превратится в жидкость. Но если достаточно быстро охладить диоксид кремния, то в отличие от других твердых тел, он не образует организованных кристаллических структур, которые состоят из мелких кристаллических структур, собранных вместе.

По словам Филипа Гиббса из Калифорнийского университета в Риверсайде, США, по мере охлаждения жидкости ее вязкость увеличивается, но это предотвращает кристаллизацию. Обычно, когда жидкость охлаждают до температуры ниже точки замерзания, образуются кристаллы, и она становится твердой. Но иногда жидкость может стать слишком холодной, а потому находится в этом же состоянии при температуре ниже точки плавления.

Ученый объясняет, что, если вязкость жидкости будет расти по мере дальнейшего охлаждения, она может никогда не создать кристаллических структур. Вязкость непрерывно растет и в конечном итоге жидкость превращается в аморфное твердое тело. Хотя молекулы имеют беспорядочное расположение, но материл может оставаться в некоторой мере твердым.

В этом состоянии стекло имеет свойства, которые похожи на свойства жидкости и твердых тел. Но стекло не течет как жидкость.

По словам Джона Мауро из Университета штата Пенсильвания, США, в течение относительно коротких периодов времени стекло имеет свойства твердого тела. Но в течение очень длительных периодов времени из-за похожей на жидкость структуры стекла этот материал подвергается процессу релаксации. Это непрерывный, но чрезвычайно медленный процесс, в ходе которого атомы в стекле медленно перестраиваются в более стабильную структуру.

Аморфная структура стекла позволяет солнечному свету проходить сквозь нее без особого рассеивания. Но это не объясняет, почему стекло является прозрачным.

Почему мы можем видеть сквозь стекло?

Когда частицы света, то есть фотоны, попадают на твердый материал, то последний может поглотить частицы света и свет не выйдет с другой стороны или не отразится. Но фотоны также могут отражаться от твердых тел, когда они на мгновение поглощаются, а затем выходят обратно.

В этих случаях, благодаря поглощению, свет не проходит сквозь материал. Но свет может проходить через определенные материалы без изменений. Если фотоны не имеют достаточно высокой энергией, чтобы заставить электроны перейти в более высокое энергетическое состояние, частицы света не поглощаются материалом, а проходят сквозь него.

В большинстве материалов видимого света достаточно, чтобы заставить электроны перейти в более высокое энергетическое состояние, поэтому они не являются полупрозрачными. Но в стекле промежутки между возможными энергетическими состояниями достаточно большие, чтобы видимый свет не заставил электроны перейти на более высокий энергетический уровень.

В то время как стекло пропускает видимый свет, ультрафиолетового света достаточно, чтобы заставить электроны перейти на новый энергетический уровень. Поэтому многие из длин волн света не проходят сквозь стекло, что и придает стеклу некоторые свойства фильтрации ультрафиолетовых лучей.

Как уже писал Фокус, новый эксперимент ученых показал, что квантовая физика более необычная, чем предполагалось.

Также Фокус писал о том, что застрявшая на орбите астронавт NASAустановила новый рекорд в открытом космосе. Сунита Уильямс теперь является рекордсменом по общему времени пребывания в открытом космосе среди женщин.