本文轉載自公眾號「把科學帶回家」（ID：steamforkids）
你一定沒想到，水果硬糖其實都是材料學意義上的玻璃。
正因為水果硬糖是玻璃，所以我們可以把它們...
做成一種歷史上困擾了科學家400年的著名玩具——魯珀特之淚。
魯珀特之淚抗子彈
關鍵概念
非晶態材料、壓應力
材料和操作
白糖 / 水果硬糖
水
玉米糖漿（可選）
榔頭
1 在鍋內倒入白糖和玉米糖漿（或硬糖），放入適量水，加熱讓糖漿變稠。
想要讓糖漿變成玻璃，糖的濃度必須高於85%。
操作原理：
濃度在65%以下的糖漿是液體，糖分子在液體中無序分布，還可以隨便跑來跑去；高溫時（高於玻璃化溫度），濃度在85-95%之間的糖水是無定形液體（amorphous liquid），正要向玻璃轉變。
無定形指的是，由於分子流動性很低，所以無法結晶，內部的原子不像晶體那樣規律排列，大家比較散漫隨便排一排。
濃度大於95%的糖漿裡的糖分子幾乎不能流動，變成了固體——糖玻璃，或者說無定形體，非晶形固體。
晶體（左）和非晶形固體（右）的微觀差別
我們平常吃的水果硬糖就屬於無定形體，也就是材料學意義上的玻璃。之前我們介紹過，過去的舞臺用來替代玻璃的道具就是糖玻璃做的。
另外，加入玉米糖漿是為了增加白糖（蔗糖）結晶的難度，讓糖漿更容易變成玻璃。
2 得到了高濃度的糖漿，就可以開始製造魯伯特之淚了。
準備一杯水（可以用冰水），把融化的糖漿滴入冰水中，然後把凝結的固體拿出來，那就是魯珀特之淚了。
注意：因為這種情況下得到的糖是一種玻璃，所以碎了的話有可能會切傷手，操作時最好戴上手套。
3 現在，可以嘗試用榔頭錘魯珀特之淚的圓球部分，看看要多大的力才能把它錘碎。然後用手鉗一下魯珀特之淚的尾巴，看看會發生什麼事，是不是一下就碎了？為什麼會這樣？
原理
其實我們吃的糖可以分成3類。
一類是晶態的糖，比如冰糖，白砂糖。這種糖裡，原子有序排列，形成了晶格。
而第二類，就是水果硬糖一類的非晶態糖，或者說玻璃。因為玻璃的定義就是非晶態的，無定形固體。除了水果硬糖，棉花糖、焦糖、太妃糖也是非晶態的。
第三類就是半晶態糖，比如裡面有顆粒（結晶）的焦糖等。
非晶態的糖漿，具有熔化的玻璃一樣的性質，所以可以像吹玻璃那樣製作吹糖人，也可以製作魯伯特之淚。
再告訴你一個有趣的知識。廣告裡說的，只融在口，不融在手的巧克力，實際上是可可脂的第5種同質異形體。
同質異形體指的是，化學組成相同的物質，在不同的物理化學條件下形成的不同結構的晶體。
可可脂一共有6種同質異形體，而第5種的熔點是34攝氏度，接近體溫，因此可以在被放入口中的時候恰好融化，所以被吃貨推崇。
而讓可可脂結晶成第5種同質異形體，則需要複雜的調溫（temperin）工藝。
至於魯珀特之淚，如果你用榔頭敲魯珀特之淚的頭，它很難碎。但是剪它的尾巴，它一下子就碎了。
魯珀特之淚是一個有400年歷史的奇特玩具。17世紀時，萊茵河的魯普萊希特親王把它從歐洲大陸帶給英國的查理二世，想讓英國皇家學會的科學家解釋一下這個東東為什麼有這麼奇怪的性質。
魯珀特之淚頭部的強度是因為，滾燙的玻璃被滴入水中時，玻璃表面迅速冷卻變成固體，而還火熱的內部卻要緩慢變成固體。在內部變硬的過程中，對玻璃表面形成了拉扯，產生了巨大的抗壓強度（compressive strength），抗壓強度就是支撐石拱橋的那種力。
玻璃魯珀特之淚頭部的抗壓強度高達 400-700 兆帕，是大氣壓的 4000-7000 倍，可以媲美鋼鐵，因此特別堅固。
不過由於技術有限，直到最近，它的捏頭不爆，尾巴一捏就爆的原理才被揭開。
液壓機施加了20噸的力量，把魯伯特之淚的頭部壓碎
@Hydraulic Press Channel
2016年，普渡大學的材料化學家 Srinivasan Chandrasekar 和劍橋大學的物理學家 Munawar Chaudhri 和同事發現，要打碎魯珀特之淚，必須讓裂紋深入頭部。
但是頭部比較厚，即使有裂紋，也會在壓應力的作用下緊壓在一起（想像一下你用腳把土地上的裂縫踩結實），因此頭部表面裂紋只會沿著玻璃滴表面發展。
但魯珀特之淚的尾部卻更薄更細，裂紋很容易進入尾部中心的張力區，並且順著那裡蔓延到頭部的張力區，從內部將頭部瓦解。根據 Chandrasekar 他們的測量，尾部裂痕向頭部的傳播速度是每秒1900米。
看完魯珀特之淚的原理我們明白，東北人皮膚好，大概就是因為室內外溫差大，這齣門一冷一熱，讓皮膚的抗壓強度增加變緊實，皺紋不能深入球狀肉包臉內部的緣故吧。
無標註圖片來自網絡。
動態圖片和參考資料儲存於石墨：
https://shimo.im/docs/ygt3k3vkdHW8cRXY/
來源：把科學帶回家
編輯：Be