Většina z nás bere sklenici vody jako obyčejný předmět, ale pro fyziky je sklo jednou z největších záhad vesmíru. Vypadá jako pevná látka, ale jeho molekuly jsou uspořádány chaoticky jako v kapalině. Teď se však zdá, že jsme konečně našli cestu k "ideálnímu sklu", které popírá fyzikální zákony, jak jsme je dosud znali.
Paradox, který nedal vědcům spát od roku 1948
Představte si materiál, který vypadá jako náhodná směs částic, ale ve skutečnosti je tak dokonale poskládaný, že v něm není ani milimetr nazmar. Tomuto konceptu se říká ideální sklo. Už před desítkami let chemik Walter Kauzmann tvrdil, že by mělo existovat, ale nikdo nedokázal vysvětlit, jak ho vytvořit bez toho, aby se okamžitě změnilo v krystal.
Fyzici z University of Oregon nyní pomocí počítačových modelů dokázali, že tento "nemožný" stav hmoty je skutečně dosažitelný. Tady je to, co o něm víme:
- Nulový chaos: I když struktura vypadá náhodně, molekuly jsou do sebe zaklesnuty tak těsně, že se nemohou pohnout.
- Vlastnosti diamantu: Na rozdíl od běžného skla, které se při nárazu chvěje chaoticky, by ideální sklo vedlo vibrace s dokonalou pravidelností.
- Hyperuniformita: Při pohledu zblízka nenajdete žádné prázdné mezery ani shluky částic. Vše je v dokonalé rovnováze.
Jak obejít fyzikální pravidla hry
V běžném životě, když sklo chladne, molekuly se prostě "zaseknou" tam, kde právě jsou. K dosažení ideálního stavu byste teoreticky potřebovali nekonečně mnoho času. Vědci ale použili něco, co sami nazývají "cheat code".
V simulaci dovolili částicím měnit svou velikost v průběhu procesu balení. Tato nenápadná změna umožnila materiálu najít tu nejstabilnější možnou konfiguraci. Výsledkem je hmota, která je extrémně pevná a stabilní, přičemž každá částice má přesně šest kontaktů se svými sousedy.
Co to znamená pro nás v Česku?
Možná si říkáte, proč nás to v zemi proslulé sklářstvím má zajímat. Ačkoliv je tento výzkum zatím teoretický, otevírá dveře k materiálům, o kterých se nám dříve ani nesnilo. Představte si nerozbitné displeje telefonů nebo optická vlákna s nulovou ztrátou signálu.
Zde je malý lifehack pro pochopení struktury: Představte si, že se snažíte nacpat nákup do tašky v supermarketu. Když věci jen naházíte, zbude spousta místa (běžné sklo). Pokud ale dokážete měnit tvar krabic, aby do sebe zapadly jako Tetris, taška bude neuvěřitelně pevná a nevyplýtvaná (ideální sklo).
Kdy se dočkáme v praxi?
V laboratorních podmínkách zatím ideální sklo nevyrobíme – klasické zahřívání a hlazení nestačí. Bude potřeba vyvinout zcela nové výrobní postupy, které napodobí onen digitální algoritmus v reálném světě.
Je to jako s prvními výpočty o laseru – trvalo roky, než jsme jím začali řezat ocel nebo číst čárové kódy v obchodech. Jsme na začátku nové éry materiálové vědy.
Dokážete si představit, že by sklo bylo stejně ohebné jako plast, a přitom pevnější než ocel? Jaká další využití pro takový materiál vás napadají?
