Ist Glas flüssig oder fest?

Eine der hartnäckigsten populären und urban legend-assoziierten physikalischen Fragen ist, ob Glas flüssig oder fest ist. Die Antwort erster Ordnung ist, dass es fest ist und auch über Jahrhunderte nicht fließt. Die Vorstellung, dass Glas eine Flüssigkeit ist, stammt aus zwei Quellen: dass alte Kirchenfenster unten dicker sind als oben, und eine irrtümliche Lektüre eines alten Physikbuchs des deutschen Physikers Gustav Tammann (1861-1938), das es als . bezeichnete eine „gefrorene unterkühlte Flüssigkeit“. Der Mythos lässt den „eingefrorenen“ Teil aus.

Etwas subtiler ist Glas ein unkonventioneller Festkörper, der als amorpher Festkörper bekannt ist. Bei den meisten flüssigen Stoffen führt das Abkühlen zur Kristallisation und zum Übergang erster Ordnung in einen festen Zustand. Bei amorphen Feststoffen steigt die Viskosität weiter an, anstatt zu kristallisieren und einen Übergang erster Ordnung zu durchlaufen, und es tritt keine Kristallisation auf. Deshalb ist es transparent – ​​Materialien mit unregelmäßiger Atomanordnung lassen Licht besser durch. Obwohl es einen Übergang zweiter Ordnung gibt, bei dem sich die Materialeigenschaften eines Glases beim Erstarren ändern, ist dieser nicht so wesentlich wie der Übergang erster Ordnung, der bei den meisten anderen Verbindungen vorkommt.

Glas kann eine Reihe unterschiedlicher Materialeigenschaften aufweisen, je nachdem, wie schnell es abgekühlt wird und ob Spuren von Verunreinigungen vorhanden sind oder nicht, die Kristallisationskeime bilden können. Dies ist anders als bei klassischen Festkörpern, die in jedem Fall die gleichen grundlegenden Materialeigenschaften aufweisen. Glas wird manchmal als ein System definiert, das sich nicht im Gleichgewicht befindet – technisch könnte es jederzeit kristallisieren, und dies tritt manchmal bei Materialien mit Verunreinigungen auf. Es wird davon ausgegangen, dass nur ein kristalliner Feststoff im Gleichgewicht ist.

Im Grunde läuft das Argument darauf hinaus, dass „fest“ und „flüssig“ lediglich idealistische Bezeichnungen sind, die Menschen auf verschiedene physikalische Substanzen anwenden, obwohl es ein Kontinuum möglicher atomarer Anordnungen mit Eigenschaften gibt, die sich zwischen beiden mischen. Zum Beispiel erscheint eine nicht-Newtonsche Flüssigkeit wie eine Flüssigkeit, wird aber unter der plötzlichen Anwendung von Druck wie ein Festkörper. Um die Welt wirklich zu verstehen, müssen die Menschen grundsätzlich mit den zahlreichen möglichen Aggregatzuständen vertraut sein, die über die vereinfachende Annäherung erster Ordnung von „fest“, „flüssig“ und „gas“ hinausgehen.