Стекло — одно из самых загадочных веществ а природе. «Люди удивляются, когда мы признаемся, что не можем описать его природу», — говорит химик Дэвид Райхманн из Колумбийского университета. С точки зрения физики стекло — это не только материал, из которого делают пивные, кружки, но любое твердое вещество с неупорядоченной молекулярной структурой. К примеру. керамика — это тоже стекло, как и известный всем поликарбонат, из которого делают автомобильную оптику. Более того, даже некоторые сплавы металлов, не имеющие выраженной кристаллической решетки, относятся к стекпам.
Самое логичное объяснение метаморфозам стекла дал британский физик Чарльз Франк 50 лет назад. Он предположил, что во время быстрого остывания исходного расплава атомы в нем как бы впадают в панику, стремясь как можно быстрее выстроиться в жесткую пространственную фигуру. Франк даже вычислил тип этой фигуры — двадцатигранный правильный икосаэдр Атомы толкаются, загораживают друг другу кратчайшую траекторию к заданной точке, сбиваются в "дорожную пробку" и в изнеможении замирают. Время от времени кое кому из них удается сдвинуться в нужном направлении, но в целом структура стекла остается нестабильной.
Появление нового мощного инструментария в физической химии открыло нам еще одну загадку стекла. Оказалось, что оно состоит из множества зон с различной степенью подвижности атомов. В одних участках материала атомы движутся туда сюда, как в обычной жидкости, а в других практически неподвижны. При этом внешне эти зоны выглядят одинаково — они в равной степени тверды и прозрачны.
«У любой жидкости при замерзании есть два варианта поведения — кристаллизация в лед и образование стекла» —, говорит профессор Сиднейского университета Питер Харроуэлл. Скорость охлаждения воды и других жидкостей не сказывается на финальной кристаллической решетке льда, а механические свойства стекла напрямую зависят от этого фактора. Определенной температуры, при которой стекло становится твердым также не существует. Один из столпов науки о стекле, профессор Волайнис из Беркли, полагает, что гипотетическое идеальное стекло, в котором все атомы абсолютно неподвижны, вообще ставит под сомнение третий закон термодинамики: нулевая энтропия (остановка движения атомов) в нем достигается гораздо выше точки абсолютного нуля.
Часть статьи "Стеклянный кирпич". "Популярная Механика", август 2010.