به گزارش مجله خبری نگار،یک چیز عجیب در مورد پنجرههای رنگی ساختمانهای قرون وسطایی وجود دارد: آنها در قسمتهای پایین ضخیمتر از بالا هستند. بسیاری بر این باورند دلیل این پدیده آن است که شیشه در واقع مایعی است که در طول قرنها از بالا به پایین پنجره جاری شده است. در مقابل، دیگران استدلال میکنند که شیشه جریان ندارد؛ زیرا یک جامد است - یا شاید یک جامد بی شکل یا یک مایع فوق سرد.
پس واقعاً شیشه چیست - جامد یا مایع یا چیزی در این بین؟
«جان مائورو»، دانشمند مواد در ایالت پنسیلوانیا گفت: شیشه نه یک مایع واقعی است و نه یک جامد واقعی – از هر دو ویژگی برخوردار است، اما حالت متمایز ماده خود را دارد. تعریف فنی این است که شیشه یک حالت غیر تعادلی و غیر بلوری از ماده است که در مقیاس زمانی کوتاه، جامد به نظر میرسد، اما به طور مداوم به سمت حالت مایع شل میشود.
این ممکن است پیچیده به نظر برسد، اما در نظر گرفتن هر یک از اجزای این توضیح به طور جداگانه، نشان میدهد که چگونه شیشه بین شکل جامد و مایع قرار میگیرد.
اول، مهم است که به یاد داشته باشید که شیشه به سادگی مواد شفافی نیست که ما برای پنجرهها استفاده میکنیم. بلکه یک خانواده از مواد است که برخی از آنها حتی شفاف نیستند.
مائورو گفت: انواع شیشه طبیعی و مصنوعی مختلف وجود دارد. بیشتر شیشههای روزمره چیزی است که به آن شیشه سیلیکات سودا آهکی میگویند که از ماسه، سنگ آهک و خاکستر سودا که با هم در دمای حدود ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد ذوب شده اند ساخته شده است. اما انواع دیگری از شیشه نیز وجود دارد مانند پیرکس مقاوم در برابر حرارت یا شیشههای محکم و خم شونده گوریلا گلس که حاوی مواد شیمیایی دیگری هستند تا خواص ویژهای به آنها بدهد.
اگرچه انواع شیشه از نظر شیمیایی متفاوتند، اما ساختار هر یک از مواد مشترکات زیادی دارد. این ساختار - چیدمان اتمها و مولکولهای درون ماده - است که باعث سردرگمی در مورد ساختار شیشه میشود که آیا جامد است یا مایع.
«جان پارکر» دانشمند مواد در مرکز تحقیقات شیشه دانشگاه شفیلد در انگلیس گفت: آنچه جامد را میسازد ثابت بودن اتم ها، در موقعیت خود است. از سوی دیگر، در یک مایع، اتمها در همه جا هستند و میتوانند به راحتی مرتب شده و چیدمان بگیرند.
معمولاً وقتی به یک جامد فکر میکنیم، در واقع یک ماده کریستالی به ذهن میرسد چیزی مانند نمک، که ساختار منظم و مرتبی دارد. در زیر نقطه ذوب، این ساختار کریستالی جامد، پایدارترین شکل است و بالاتر از نقطه ذوب، شکل مایع پایدارتر میشود. همه مواد میخواهند پایدارترین شکل خود را که به عنوان در حالت تعادل شناخته میشود، اتخاذ کنند. با این حال، شیشه غیرعادی است، زیرا در این حالت پایدار وجود ندارد.
به گفته پارکر، شیشه از ذوب اجزای مختلف برای به دست آوردن مایعی بسیار چسبناک مانند شربت ساخته میشود که به راحتی جاری نمیشود. سپس، به سرعت سرد میشود، اما از آنجایی که بسیار چسبناک است، اتمها نمیتوانند به راحتی حرکت کنند تا به ساختار جامد منظمتری بازآرایی شوند و در آرایشهای نامنظم، گیر میافتند. این ماده از نظر مکانیکی جامد است، اما ساختاری بی نظم شبیه مایع دارد.
مائورو اظهار داشت: برای رسیدن به تعادل، شیشه باید به حالت مایع شل شود. اما در دمای اتاق، ذرات به قدری آهسته حرکت میکنند که این عملی نیست. این همان چیزی است که به آن تعادل فراپایدار میگویند. جامد به نظر میرسد، زیرا زمانی که ما با آن در تعامل هستیم، در مقیاس زمانی بسیار کوتاهتر از رفتار آرام سازی به سمت مایع است.
این بدان معناست که اگرچه ممکن است تغییرات بسیار آهستهای در ماده رخ دهد - که در مقیاس زمانی میلیاردها سال اندازه گیری میشود - شیشه بیشتر شبیه یک جامد است تا مایع.
پارکر گفت: از لحاظ عملی، میتوانم شیشه را به عنوان یک جامد سفت و سخت که در هر مقیاس زمانی معقولی اندازه گیری میشود، تعریف میکنم.
حتی زمان بندی قدیمیترین کلیساهای اروپا برای دیدن پنجرههای شیشهای که مانند مایع رفتار میکنند کافی نیست. در واقع، توضیح بسیار سادهتری برای شیشههای تابدار پنجره وجود دارد، پارکر میگوید: برخی از شیشهها در پایین پنجره از بالا ضخیمتر هستند، زیرا ۱۰۰۰ سال پیش، نمیتوانستند شیشهای با ضخامت یکنواخت بسازند و شیشه به اجبار به سمت پایین جریان مییافته است.