Τα είδη γυαλιού που συναντάμε στην καθημερινή ζωή, όπως τα παράθυρα ή οι οθόνες κινητών, είναι άμορφα στερεά. Αυτό σημαίνει ότι αποτελούνται από σωματίδια κλειδωμένα στη θέση τους, αλλά διατεταγμένα τυχαία, όπως σε ένα υγρό.
Σχεδόν πριν από έναν αιώνα, ο Walter Kauzmann πρότεινε την ύπαρξη του «ιδανικού γυαλιού», ενός συστήματος όπου τα σωματίδια είναι τυχαία διατεταγμένα, αλλά γεμίζουν τον χώρο τόσο αποτελεσματικά που υπάρχει μόνο μία πιθανή διάταξη.
Το παράδοξο του Kauzmann και η λύση του
Το 1948, ο Kauzmann κατέληξε στο ότι η επίτευξη αυτής της κατάστασης οδηγούσε σε ένα παράδοξο: ένα υγρό με την ίδια εντροπία με έναν κρύσταλλο. Ο Eric Corwin, ανώτερος συγγραφέας της νέας μελέτης, υποστηρίζει ότι η ομάδα του βρήκε τη λύση δείχνοντας ότι μια τέτοια κατάσταση δεν είναι παράδοξη, αλλά εφικτή. Η έρευνα απέδειξε ότι μια δομή χωρίς χωρική τάξη μπορεί να είναι εξαιρετικά διατεταγμένη με μια πιο αφηρημένη έννοια, έχοντας μηδενική εντροπία διαμόρφωσης.
Η διαδικασία των προσομοιώσεων
Οι ερευνητές προσομοίωσαν δισδιάστατα συστήματα στα οποία μαλακά σωματίδια ήταν σφιχτά συσκευασμένα. Μεταβάλλοντας την ακτίνα των σωματιδίων, δημιούργησαν συστήματα όπου τα σωματίδια ήταν πιο πυκνά διατεταγμένα. Διαπίστωσαν ότι χρειάζεται ένας μέσος όρος έξι επαφών ανά δίσκο για να επιτευχθεί μηχανική σταθερότητα. Αυτό οδηγεί σε μια δομή που ονομάζεται «τριγωνοποιημένη συσκευασία», όπου κάθε σωματίδιο αγγίζει όλους τους γείτονές του χωρίς κενά.
Το μέλλον της έρευνας
Η μελέτη δείχνει ότι το ιδανικό γυαλί δεν είναι αδύνατο να υπάρξει, αλλά ότι τα μονοπάτια για την ισορροπία του είναι απρόσιτα στη φύση. Οι ερευνητές κατάφεραν να «κλέψουν» χρησιμοποιώντας μη φυσικούς τρόπους στις προσομοιώσεις τους. Το επόμενο βήμα είναι η μέτρηση της εντροπίας σε σχέση με την πίεση και η προσπάθεια δημιουργίας ιδανικού γυαλιού σε τρεις διαστάσεις, αναζητώντας εναλλακτικές προσεγγίσεις που μπορούν να εφαρμοστούν στον τρισδιάστατο χώρο.