Är glas en vätska eller ett fast ämne?

En av de mest ihärdiga populära och urban legend-associerade fysikfrågorna är om glas är en vätska eller en fast substans. Det första ordningens svaret är att det är en solid och inte flyter, inte ens över århundraden. Föreställningen att glas är en vätska kommer från två källor: att gamla kyrkfönster är tjockare nedtill än överst, och en felaktig läsning av en gammal fysikbok av den tyske fysikern Gustav Tammann (1861-1938), som refererade till den som en ”fryst underkyld vätska.” Myten utelämnar den ”frusna” delen.

Något mer subtilt är glas ett okonventionellt fast ämne, känt som ett amorft fast ämne. För de flesta flytande ämnen resulterar kylning i kristallisation och en första ordningens övergång till ett fast tillstånd. För amorfa fasta ämnen, istället för att kristallisera och genomgå en första ordningens övergång, fortsätter viskositeten att öka och ingen kristallisering sker. Det är en del av varför det är transparent – material med oregelbundna atomarrangemang överför ljus bättre. Även om det finns en andra ordningens övergång där materialegenskaperna hos ett glas förändras när det stelnar, är detta inte lika betydande som den första ordningens övergång som finns bland de flesta andra föreningar.

Glas kan ha en rad olika materialegenskaper beroende på hur snabbt det kyls och närvaron eller frånvaron av spårföroreningar, vilket kan ge kärnor runt vilka kristallisering sker. Detta är annorlunda än klassiska fasta ämnen, som har samma grundläggande materialegenskaper oavsett vad. Glas definieras ibland som ett system som inte befinner sig i en jämviktspunkt – tekniskt sett kan det kristallisera när som helst, och detta inträffar ibland i material med föroreningar. Endast ett kristallint fast ämne anses vara i jämvikt.

I grund och botten, vad argumentet går ner till är att ”fast” och ”flytande” bara är idealistiska etiketter som människor applicerar på olika fysiska ämnen, även om det finns ett kontinuum av möjliga atomära arrangemang med egenskaper som blandar mellan de två. Till exempel verkar en icke-Newtonsk vätska som en vätska, men under plötslig applicering av tryck blir den som en fast substans. I grund och botten, för att verkligen förstå världen, måste folk bli bekanta med de många möjliga tillstånden av materia bortom den förenklade första ordningens approximation av ”fast”, ”vätska” och ”gas”.