Идеальное стекло - материал, создающий порядок из хаоса

Идеальное стекло - материал, создающий порядок из хаоса

Стекло - это не только продукт переработки диоксида кремния, с которым все мы прекрасно знакомы. Теоретически это всякое твердое аморфное тело, атомы и молекулы которого расположились случайным, не упорядоченным образом в результате остывания и затвердевания. В отличие ото льда, в котором составляющие его частички образуют повторяющуюся кристаллическую структуру, молекулы стекла сжимаются до полной остановки. Это довольно странный феномен, так как теоретически это замерзшая жидкость, и, в принципе, ничто не должно мешать сжать её, чтобы изменить форму. Но все мы прекрасно понимаем, что со стеклом так лучше не экспериментировать. Оно жесткое, и может нанести самые серьёзные травмы.

Возможно, вы слышали, что благодаря этому своему качеству стекло похоже на бесконечно текущую жидкость. Отчасти это верно, но только вряд ли кто возьмётся проследить это движение. В 2017 году было проведено исследование, в ходе которого было установлено, что если бы готический собор простоял при комнатной температуре в течение миллиарда лет, стекло его мозаики переместилось бы в том или ином направлении всего на один нанометр. Испанские учёные изучали образцы янтаря возрастом 110 миллионов лет - это природное стекло, образующееся из древесного сока. Они установили, что за столь огромный срок его плотность увеличилась всего на 2%.

Стеклянный интерьер собора

Десятки лет назад учёные сформулировали представление об «идеальном стекле» - таком, в котором молекулы располагаются настолько плотно и упорядоченно, насколько это вообще возможно. Это объяснило бы парадокс стекла - жидкости, которая никуда не течет. Однако для того, чтобы получить таковое, его нужно бы было охлаждать бесконечно медленно. Это дало бы молекулам материала шанс закрепиться в низшем энергетическом положении. Стекло, полученное подобным образом, имело бы такую же мизерную энтропию, какой обладают кристаллы. И, парадоксальным образом, хаос породил бы порядок. Что, наверное, вдохновило бы многих философов и поэтов.

Идеальное стекло должно обладать свойствами, сильно отличающимися от тех, к которым мы привыкли. Прежде всего, у него будет малая теплоемкость при температуре около абсолютного нуля. Считается, что обычный материал этого типа состоит из систем, в которых молекулы могут перескакивать между двумя одинаково стабильными уровнями, поглощая тепло. Идеальное же стекло уже находится в наиболее устойчивой конфигурации, и никакой второй формы здесь нет, что приводит к потере теплоемкости.

Сегодня исследователи пытаются производить идеальное стекло посредством его осаждения из пара - молекула за молекулой. В результате у них получается сверхстабильный материал. Ему пока ещё далеко до гипотетического идеала, но он все же плотнее и устойчивее, чем всё то, что было в распоряжении науки ранее. Также продолжаются поиски идеальной формы стекла. Благодаря повышению вычислительной мощности компьютеров и улучшению методов моделирования эта работа сегодня движется гораздо быстрее. Нам никогда не удастся получить на руки идеальное стекло, но стремиться к этому ничто не мешает.

Вас также может заинтересовать

Оставить комментарий

Другие записи из раздела Научное