Apakah Gelas itu Cair atau Padat?

Salah satu pertanyaan fisika yang paling populer dan sering dikaitkan dengan legenda urban adalah apakah kaca itu cair atau padat. Jawaban orde pertama adalah bahwa itu padat, dan tidak mengalir, bahkan selama berabad-abad. Gagasan bahwa kaca adalah cairan berasal dari dua sumber: bahwa jendela gereja tua lebih tebal di bagian bawah daripada bagian atas, dan kesalahan pembacaan buku fisika lama oleh fisikawan Jerman Gustav Tammann (1861-1938), yang menyebutnya sebagai “cairan super dingin beku.” Mitos menghilangkan bagian “beku”.

Agak lebih halus, kaca adalah padatan yang tidak konvensional, yang dikenal sebagai padatan amorf. Untuk sebagian besar zat cair, pendinginan menghasilkan kristalisasi dan transisi orde pertama ke keadaan padat. Untuk padatan amorf, bukannya mengkristal dan mengalami transisi orde pertama, viskositas terus meningkat dan tidak terjadi kristalisasi. Itulah bagian dari mengapa transparan — bahan dengan susunan atom tidak beraturan mentransmisikan cahaya lebih baik. Meskipun ada transisi orde kedua di mana sifat material kaca berubah ketika mengeras, ini tidak sebesar transisi orde pertama yang ditemukan di antara kebanyakan senyawa lainnya.

Kaca dapat memiliki berbagai sifat material yang berbeda tergantung pada seberapa cepat itu didinginkan dan ada atau tidak adanya pengotor jejak, yang dapat memberikan inti di sekitar kristalisasi yang terjadi. Ini berbeda dari padatan klasik, yang memiliki sifat bahan dasar yang sama, apa pun yang terjadi. Kaca kadang-kadang didefinisikan sebagai suatu sistem yang tidak berada pada titik kesetimbangan — secara teknis, kaca dapat mengkristal kapan saja, dan ini kadang-kadang terjadi pada material dengan pengotor. Hanya padatan kristal yang dianggap berada dalam kesetimbangan.

Pada dasarnya, argumen yang intinya adalah bahwa “padat” dan “cair” hanyalah label idealis yang diterapkan orang pada berbagai zat fisik, meskipun ada rangkaian susunan atom yang mungkin dengan sifat yang bercampur di antara keduanya. Misalnya, cairan non-Newtonian tampak seperti cairan, tetapi di bawah penerapan tekanan yang tiba-tiba, menjadi seperti padatan. Pada dasarnya, untuk benar-benar memahami dunia, orang-orang perlu menjadi akrab dengan berbagai kemungkinan keadaan materi di luar perkiraan orde pertama yang sederhana dari “padat,” “cair,” dan “gas.”