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在传统上,物质有3态,就是:气态、液态、固态。最近几十年,第4态,就是玻璃化态被提到一定的地位。当然,大多数学者还没有认可这是一种基本物态。
热力学上的3态曲线是以温度来区分状态间的转变的,温度是连续的,态与态间的区别是第一类间断的(曲线连续,导数不连续)。在间断点,可以是2态共存,或是局部的3态共存。
玻璃化态与金属固体的区别是:物质没有晶格化;而金属必须晶格化。就外部宏观表象看是固体。
玻璃化态与液体的共同点是:各向同性,长程无序。就微观尺度的物性看是液体。
简而言之,玻璃化态:类似于固体,为结晶态;各向同性,长程无序,类似于液体。可以被理解为:由微结晶微元构成的液体(在长时间尺度意义上)。
基本的形成方式是:快速冷却,避免出现晶格化。
冷却慢了就形成晶格化,成为金属。因此,对液体原料,冷却速率是关键的控制变量。作为另一个极端,非常缓慢的冷却形成良好的理想晶格化(如单晶)。
从物理学和力学上看,其基本的力学现象是:液体粘性随温度下降而快速增加。其中的核心理论问题是:液体驰豫时间对温度的高度依赖性。
就理性力学研究而言,核心的更为基础的问题是温度的运动表象。有两种选择:1)采用统计物理学对温度的无规性度量概念;2)采用基于几何熵的温度概念来解释降温部分的温度,而假定有一个基本的背景温度。
就目前而言,玻璃化态的研究基本上是采用温度的无规性度量概念。但是实际研究和实验表明,抽象的共性是温度变化部分。而这个温度变化是与微元的几何运动密切联系的,这个运动更多的是类似于流体(液体运动),而不是随机运动。
由于这个实验研究事实,各类几何熵的概念被试探性的应用于解释玻璃化态的过程。其中心点是:粘性。
介于两者间的结晶动力学研究,其中心点是:驰豫时间。
共同点是:取温度为自变量。
由于这类研究是在创立期阶段,所以我们有机会看出如下特点:1)原始的实验曲线决定了研究者对自变量的选择。2)曲线的变化形式决定了研究者对核心理论因变量的选择。3)没有实验曲线的那部分因素(如压力)被忽略不计(看为综合参数的影响因素)。
在选定自变量和因变量后,基本的研究就是求取实验曲线满足的基本方程(客观运动规律),而对所得方程的解释基本上是经验性的或猜想性的。
可以这样来概括:基于实验曲线,猜测因果关系的自变量和因变量;数学上拟合实验曲线,试图把它们归结为一个基本方程,获得函数性因果关系;试图寻求更为基本的理论机制。
也可以看出,在学科的初创阶段,自变量、因变量的选择或界定,也就是所谓的基本概念,是核心问题。而与该问题共生的是:对基本因果关系(实验曲线)的抽象理论概括。也就是寻求经验关系。而在此后才是:寻求更为基础的基本理论来导出所研究得到的经验关系。由此,次要的自变量被纳入进来,而必要的因变量也被补充进来。
就这现在看来的简单几步就已经耗费了40多年时间,可以算是2代研究者。但是,还是处于理论建立期。由此我们看出,学科进步的艰难。离工业上的实际应用还不知要等几多个10年。
玻璃化态介质在理性力学上等价于泊松常数为1/2的介质。但是,如果使用固体方程来类比,则:剪切模量μ为零,朗不达参数不为零。从而,在物性方程上既不是液体,也不是固体(因μ为零)。的确是一种特殊物态。
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