Sciencemag.cz
Doporučujeme
Sklo se jeví jako pevná látka, ale teoreticky se někdy chová spíše jako extrémně pomalu se pohybující kapalina. Fyzici v Utrechtu nyní ukazují, že sklovité struktury mohou navíc existovat i přímo v rovnováze mezi pevnou látkou a kapalinou, což je přitom podle mnoha teorií nemožné.
Spodní části středověkých okenních tabulí, například ve starých katedrálách, jsou často silnější než horní. Stékal materiál po staletí pomalu dolů a znamená to, že sklo skutečně teče? Jedná se o přetrvávající mýtus; vysvětlení spočívá ve způsobu výroby skla ve středověku. Protože se okenní tabule vyráběly ručně, jejich struktura byla často nepravidelná a obsahovala tenčí i silnější části. Tabule se obvykle instalovaly do rámu silnější stranou dolů, což je činilo stabilnějšími.
Tento příběh však naráží na skutečný fyzikální problém. Otázka, čím sklo vlastně je – pevnou látkou, nebo velmi pomalu se pohybující kapalinou – se ukazuje být složitější, než se na první pohled zdá. Vědci z Univerzity v Utrechtu nyní vytvořili sklovitý stav, který je přímo v termodynamické rovnováze mezi oběma fázemi. Podle běžných teorií by takový stav vůbec neměl existovat. V učebnicích je sklo často popisováno jako materiál, který se nachází právě mimo rovnováhu: kapalina, která byla ochlazena tak rychle, že atomy uvízly v chaotickém stavu (poznámka: „mimo rovnováhu“ pak také znamená, že by příslušný stav vlastně neměl být stabilní).
V novém experimentu se vědci nezabývali běžným sklem složeným z atomů. Vytvořili namísto toho modelový systém složený z koloidních částic. Koloidy jsou větší než atomy, vykazují však podobné fyzikální chování. Díky velikosti šlo přitom koloidy na rozdíl od atomů snadno sledovat pod mikroskopem.
Vědci často používají sférické koloidy, ale tentokrát si tým vybral částice ve tvaru tyčinek. Tyčinky se mohou nejen pohybovat do stran, ale také rotovat. Autoři studie vytvořili stav, ve kterém jsou polohy tyčinek neuspořádané a „zmrazené“, tedy jako ve skle, ovšem samotné částice se stále mohou otáčet. Ukazuje se, že tento stav je energeticky výhodný, což znamená, že se do něj systém přirozeně vrací.
Pomocí vnějšího elektrického pole pak vědci dočasně přiměli skleněnou tyč přejít do krystalické struktury. Podle teorie by to měl být stabilnější koncový stav systému. Jakmile se však pole opět vypne, materiál se vrátí do sklovitého stavu. To dokazuje, že systém není pouze uvězněn v nějakém přechodném stavu, ale že se ve skutečnosti nachází v (termodynamické) rovnováze.
Ze studie nevyplývá, že by okenní sklo při prudkém ochlazení náhle dosáhlo rovnovážného stavu. Systémy z atomů se mohou chovat odlišně od koloidních modelových systémů. Výzkum však mj. ukazuje, že i tvar částic může hrát důležitou roli. Mnohé molekuly nejsou dokonale sférické: některé mají protáhlý tvar a mohou se otáčet. A získané výsledky naznačují, že tyto rotace mohou být důležité při přechodech skel, což je prvek, který v mnoha stávajících teoriích chybí.
Základní pochopení skelného přechodu by umožnilo přesně popsat a předpovědět vlastnosti a životnost neuspořádaných materiálů, čímž by se výrazně zrychlil a zefektivnil vývoj materiálů. To by mohlo mít dopad mimo jiné na vývoj baterií, povlaků, biomateriálů a průmyslových výrobních procesů. Mohlo by to být relevantní také pro biologii a medicínu, protože některé biologické procesy, jako je růst buněk, vykazují rovněž „sklovitou dynamiku“.
Thijs Herman Besseling et al, An equilibrium rotator glass-forming phase for long-ranged repulsive colloidal rods, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-70295-5
Zdroj: Utrecht University / Phys.org, přeloženo / zkráceno
Prosím o jasnou odpověď – Tedy sklo teče, samozřejmě pomalu, nebo neteče?
Nemám vědeckou, pouze laickou odpověď: v produktech impaktů se objevují i mikrokuličky amorfního skla. I když některé jsou staré miliony let, pokud vím nebylo na nich patrné že by za tu dobu nějak „stekly“ díky gravitaci. Pokud se nějaký jev neprojeví na tak dlouhé časové škále, tak je pro můj život zbytečné se v tom dál nimrat 🙂