不断地放大一块晶体,就会发现高度有序排列的原子;但放大一块玻璃的时候就会看到一幅较为混乱的图景,像是随机的一盘散沙。
在数学上,高度有序的晶体更容易理解,而且物理学家早已发展了一系列理论来描述晶体的性质——从它们如何吸热到它们破碎后的行为。但对于玻璃、冷冻食物或特定的塑料等这些非晶体或无序的材料,目前并未出现普遍被接受的理论以解释它们的物理行为。
在过去的30年中,物理学家一直争论着在这些无序材料的理论模型中存在的一种神秘的相变,是否也存在于现实生活中的玻璃。从粒子物理学借鉴的一些数学上魔法,加上几十页的手写代数计算,杜克大学的研究员 Sho Yaida终于解决了这场持续了近30年的争论。
△ 通过30页的手算,Sho Yaida揭开了玻璃和其它无序材料在低温下的神秘本质。它们很可能是一种全新的物质状态。(图片来源:Irem Altan)
Yaida的洞察力打开了某些类型的玻璃能够在低温下处于一种新的物质状态的可能性。这意味着在低温下,玻璃对热、声音和压力的反应可能不同。
Sho Yaida 的导师 Patrick Charbonneau 表示:“我们找到了这种相变的线索,但以前我们不敢说这是该相变的证据,因为学术界普遍认为它是不可能存在的。而 Sho 证明了它可以存在。”
但最令 Charbonneau 惊讶的地方在于,玻璃和其它无序系统的背后的数学在假想的无限维度宇宙中更容易求解。在无限维度下,它们的性质能相对容易的被计算,这好比是在三维宇宙中计算晶体的性质。
在这些无限维度计算中的一个特色是存在一种相变,被称为“Gadner相变”。如果这种相变存在于玻璃之中,就会显著地改变玻璃在低温时的性质。
△ 玻璃在低温下可能是一种新的物质状态。(图片来源:Sasha Taylor, CC-BY-SA-3.0 license)
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