科学杂志125

人类使用玻璃的历史至少可以追溯到4000年前，时至今日，玻璃更是在我们的生活中无处不在，而如果有人问起一个看起来很简单的问题：玻璃是固体还是液体？相信很多人都会不假思索地说出答案：“玻璃当然是固体了”。但事实真是这样吗？我们不要急着下结论，因为这个问题其实不简单。

“玻璃是液体”这种说法由来已久，最早起源于人们在观察一些古老的建筑时发现了一种奇怪的现象——这些建筑的玻璃窗底部比顶部更厚，于是就有人据此推测玻璃其实是一种非常黏稠的液体，而这些玻璃窗的底部之所以比顶部更厚，就是因为液体在重力作用下向底部流动而造成的。

需要注意的是，上述观点目前仍然存在着很大的争议，正反双方都无法拿得出令人信服的证据，但总的来说，大多数人还是认为玻璃不应该在“短短的”几个世纪内就发生明显的变形。但这并不代表我们可以就此下结论，认为玻璃就是固体，这是因为玻璃确实存在着一些液体的特征。

我们都知道，液态水在结冰以后就变成了固态，从宏观的角度来看，液态水在结冰以前是可流动的，而在结冰以后则是刚性的，并且具有固定的形状和体积，而从微观的角度来看，液态水在结冰以前，其水分子是杂乱的，并没有牢固结合，而在结冰以后，水分子的排列就变得牢固和有序，各个原子形成了规则的晶格结构，因此我们能够很容易地定义水的固态和液态。

但这一招用在玻璃上就不是那么管用了，尽管在我们的眼中，玻璃也具有固体的特征，但从微观的角度来看就不一样了，研究人员通过高倍显微镜对玻璃进行观察后发现，即使是处于类似固体的状态，玻璃的原子结构也是杂乱的，其混乱程度与液体几乎没有什么区别，而这种原子结构也就意味着玻璃可以流动，只不过流动的速度极其缓慢。

我们可以看到，玻璃既具有固体的一部分特征，也具有液体的一部分特征，这就让我们不好定义玻璃这种物质到底是固体还是液体了。我们可以将其定义为“无定形的固体”，也可以将其定义为“高黏度的液体”，又或者将其定义为“既不是固体，也不是液体”的另一种物质状态。

那么问题就来了，玻璃为什么就这么奇怪呢？

著名的《科学》杂志（SCIENCE）曾经在创刊125周年的时候，公布了125个“最具挑战性的科学问题”，在这之中，“玻璃态物质的本质是什么”名列第47名，由此可见这个问题其实相当的不简单。

在过去的日子里，科学家们一直在试图弄清楚这是怎么回事，就目前来看，一项在2008年发表在《自然》杂志上的研究成果似乎能够对此作出较好的解释，该研究表明，熔融态物质在冷却的时候，会形成一种特殊的原子结构，这阻止了晶格结构的形成。

根据该项目的研究人员、布里斯托尔大学的帕蒂.罗伊尔（Paddy Royall）的介绍，形成玻璃的熔融态物质的黏度会随着温度的下降而迅速增高，这会导致其中的原子根本来不及形成规则的晶格结构，而只能形成一种特殊的二十面体结构，从而无法成为真正意义上的固体。简单地讲就是，这些原子被“困住了”。

值得一提的是，固体和液体在有些时候真的很难区分，比如说沥青就是液体，但是这种物质拥有极高的黏度，以至于它看上去和固体一样。为了验证这个现象，昆士兰大学的物理学家托马斯.帕内尔（Thomas Parnell）曾设计了一个著名的“沥青滴漏实验”。

该实验其实很简单，就是将沥青置入一个漏斗中，然后再观察它的流动情况，但由于沥青流动的速度慢得令人发指，从1927年实验开始一直到现在，该实验中的沥青只滴落了9次，并且这9次都没有被人亲眼见证。目前该实验仍然在进行，被称为“人类科学史上历时最长的实验”。