Onko lasi neste vai kiinteä aine?

Yksi pysyvimmistä suosituista ja kaupunkien legendoihin liittyvistä fysiikan kysymyksistä on, onko lasi neste vai kiinteä aine. Ensimmäisen asteen vastaus on, että se on kiinteä eikä virtaa edes vuosisatojen ajan. Käsitys siitä, että lasi on neste, on peräisin kahdesta lähteestä: että vanhat kirkon ikkunat ovat alhaalta paksumpia kuin ylhäältä, ja virheellinen luku saksalaisen fyysikon Gustav Tammannin (1861-1938) vanhasta fysiikan kirjasta, joka viittasi siihen nimellä “jäädytetty ylikuumennettu neste”. Myytti jättää “jäädytetyn” osan pois.

Hieman hienovaraisemmin lasi on epätavallinen kiinteä aine, joka tunnetaan amorfisena kiinteänä aineena. Useimpien nestemäisten aineiden jäähdytys johtaa kiteytymiseen ja ensimmäisen asteen siirtymiseen kiinteään tilaan. Amorfisten kiintoaineiden viskositeetti kasvaa kiteytymisen ja ensimmäisen kertaluvun siirtymisen sijasta, eikä kiteytymistä tapahdu. Tästä syystä se on läpinäkyvää – epäsäännöllisen atomijärjestelyn omaavat materiaalit läpäisevät valoa paremmin. Vaikka on olemassa toisen asteen siirtymä, jossa lasin materiaaliominaisuudet muuttuvat jähmettyessään, tämä ei ole yhtä merkittävää kuin useimpien muiden yhdisteiden joukossa havaittu ensimmäisen asteen siirtymä.

Lasilla voi olla erilaisia ​​materiaaliominaisuuksia riippuen siitä, kuinka nopeasti se jäähdytetään, ja siitä, onko läsnä tai ei ole epäpuhtauksia, mikä voi tarjota ytimiä, joiden ympärillä kiteytyminen tapahtuu. Tämä on eri asia kuin klassiset kiinteät aineet, joilla on samat perusmateriaaliominaisuudet. Lasi määritellään joskus järjestelmäksi, joka ei ole tasapainopisteessä – teknisesti se voi kiteytyä milloin tahansa, ja tämä tapahtuu joskus epäpuhtauksilla varustetussa materiaalissa. Vain kiteisen kiinteän aineen katsotaan olevan tasapainossa.

Pohjimmiltaan argumentti juontaa juurensa siihen, että “kiinteät” ja “nestemäiset” ovat vain idealistisia merkintöjä, joita ihmiset käyttävät erilaisiin fysikaalisiin aineisiin, vaikka mahdollisista atomijärjestelyistä on olemassa jatkuvuus, jonka ominaisuudet yhdistyvät näiden kahden välillä. Esimerkiksi ei-Newtonin neste vaikuttaa nesteeltä, mutta äkillisen paineen vaikutuksesta se muuttuu kiinteäksi aineeksi. Pohjimmiltaan ymmärtääkseen maailman todella ihmisten on tutustuttava lukuisiin mahdollisiin aineen tiloihin, jotka ovat yksinkertaisen “kiinteän”, “nestemäisen” ja “kaasun” ensimmäisen asteen lähentämisen ulkopuolella.