科学
窗玻璃非晶态
透明,不代表是晶体
钻石晶态
晶体也可以透明
金属玻璃非晶态
名称说的是原子排列
看起来相似,里面却不同
一只玻璃杯和一颗钻石,都可能透明。如果就此把它们当作同一类材料,却会错过一个重要区别:钻石是晶体,普通玻璃不是。中国科学院的科普文章,把这一区别指向微观粒子的排列。“透明”描述的是我们能否透过物体看东西;“晶体”描述的是它内部有没有一种重复的结构。外观很像的两个东西,对这两个问题,可能给出不同的答案。
近处有规则,远处不重复
晶体中的微观粒子,按一定规律在三维空间中重复排列。玻璃也可能在很小的范围内呈现局部秩序,但这套排列不会在远处持续重复。可以想象两种地面:一块按固定图案铺设的瓷砖地,只看附近几块,就能猜到远处的排列;另一块拼贴马赛克,局部组合各有章法,整体却不反复复制同一图案。这个比喻说明的是组织方式,不是原子的真实形状。普通玻璃属于非晶态固体,不能因为内部没有长程重复结构,就把它说成液体。
为什么金属也能叫玻璃
“玻璃”这个名字,不只属于窗户和瓶子。金属玻璃是一类原子排列无序的合金。中国科学院力学研究所的研究团队介绍,金属通常倾向于形成晶体;选择合适的成分,再配合快速冷却,才可能得到玻璃态结构。这里的“玻璃”,说的是原子怎样组织,并不是保证这块材料像窗户一样透亮。理解了命名依据,原本拗口的词就有了入口:看起来差别很大的物体,可以因为结构相似而被放进同一家族;同样透明的物体,结构却可能不同。
给一个东西,写两张标签
下次看窗户或首饰时,可以把观察分成两步。先写下眼睛看到的:透明、有色、反光、光滑。再问,想说明它内部的排列,需要哪些证据?只看光泽,并不能判断原子结构。透明的钻石同样会反射和折射光,所以“透明”也不意味着它在光学上完全没有存在感。这个区分的用处很小,也很实在:让“看着很透”不再成为一句完整解释,而是一个继续追问材料的起点。
材料看起来怎样,和它内部如何排列,值得分别追问。
