文/陳根
雖然玻璃是我們日常生活中普遍使用的材料，但它同時也存在難解的科學問題。與人們可能預期的相反，玻璃的真實性質仍然是個科學謎題，對其化學和物理性質的科學研究仍在進行中。
事實上，在化學和物理學中，玻璃一詞本身就是一個可變的概念：它包括我們所知的窗玻璃物質，但它也可以指一系列其他材料，這些材料的性質可以通過類似玻璃的行為來解釋，例如，包括金屬、塑料、蛋白質，甚至生物細胞。
雖然玻璃可能會給人留下印象，但它絕不是傳統的固體。通常，當一種物質從液態轉變為固態時，分子排列成一排形成晶體圖案。在玻璃中，這種情況不會發生。相反，在結晶發生之前，分子被有效地凍結在原地。這種奇怪和無序的狀態是不同系統玻璃的特徵，科學家們仍在試圖理解這種亞穩態究竟是如何形成的。
現在，來自康斯坦茨大學的科學家們已經發現了一種玻璃的新的物質狀態——液體玻璃，此次發現的液態玻璃具有從前未知的結構元素，這也提出了關於玻璃及其轉變性質的新見解。
值得一提的是，膠體懸浮液是含有固體顆粒的混合物或流體，其尺寸為微米（百萬分之一米）或更大，比原子或分子大，因此非常適合用光學顯微鏡進行研究。迄今為止，大多數涉及膠體懸浮液的實驗都依賴於球形膠體。然而，大多數自然和技術系統是由非球形粒子組成的。
此次研究中，研究小組利用聚合物化學方法製造出小塑料顆粒，拉伸並冷卻它們，直到它們變成橢球狀，然後將它們放入合適的溶劑中。由於其獨特的形狀，使得研究人員的粒子更具有方向性。
研究人員接著改變懸浮液中的粒子濃度，並用共焦顯微鏡跟蹤粒子的平移和旋轉運動。在一定的粒子密度下，定向運動凍結，而平移運動持續存在，導致粒子聚集形成具有相似定向的局部結構的玻璃態。研究人員稱之為液態玻璃是這些團簇相互阻礙，並介導特徵性長程空間相關性的結果。這些阻止了液晶的形成，這將是熱力學所期望的物質的整體有序狀態。
事實上，研究人員觀察到的是兩種相互競爭的玻璃轉變——一種是規則相變，另一種是非平衡相變——相互作用。研究人員認為，從理論的高度來看，這是一個非常有趣的現象。此次實驗為臨界漲落和玻璃狀停止之間的相互作用提供了證據，而科學界對此已經關注了相當長一段時間——幾十年來，液態玻璃的預測一直是理論上的推測。
結果進一步表明，類似的動力學可能在其他玻璃形成系統中起作用，因此可能有助於闡明複雜系統和分子的行為，從非常小（生物）到非常大（宇宙學）。它還可能影響液晶器件的發展。相關研究結果已發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。