왜 빙하에 서있을 수는 있지만 바다가 아닌가?
대답은 충분히 간단해 보입니다. 액체 흐름. 고체는 그렇지 않습니다. 액체의 원자는 주위에 슬로 싱 할 수 있습니다. 고체에서는 결정 격자에 빠진 상태로 떨어집니다. 크리스탈의 끝없는 반복 패턴은 너무 안정적이어서 원자가 균형을 잡기 위해 상당한 에너지 주입이 필요합니다. 또는 물리학 교과서는 말합니다.
그러나 고체의 강성에 대한이 오랫동안 받아 들여진 설명은 준 결정을 설명하지 못한다-1982 년 실험실에서 처음 발견되어 2009 년에 자연에서 발견 된 기괴한 고체는 반복되지 않는 패턴으로 배열되지만 그럼에도 불구하고 재료는 단단하다. 유리, 고정 원자의 비정질 질량 인 유리도 고체처럼 행동하지만 면밀히 검사 할 때 시간이 얼어 붙은 액체처럼 보입니다.
.뉴욕 대학교의 물리학 및 수학 교수 인 Daniel Stein은“안경은 수천 년 동안있었습니다. “화학자들은 그들을 이해합니다. 엔지니어는 그들을 이해합니다. 물리학의 관점에서 우리는 그것들을 이해하지 못합니다. 왜 단단한가?”
빙하와 같은 결정질 고체조차도 원자가 흐를 수 있기 때문에 분류에 저항합니다. 그리고 때로는 그 반대도 사실처럼 보입니다. 바다는 키가 큰 빙하에서 뛰어 내리면 단단하다고 느낍니다. 그렇다면 액체와 고체의 차이는 무엇입니까?
프랑스와 미국의 물리학 자들은이 근본적인 질문에 대한 새로운 답변을 제안하고 있습니다. 미국 수학 학회 (American Mathematical Society)의 통지에서 행진 기사에 요약 된 바와 같이, 연구원들은 액체가 고체로 변하는 온도와 압력의 교차점에서 형태를 극적으로 변화시키는 재료의 두 가지 특성을 확인했다. 물리학 자들은이 특성들이 두 물질 상태의 차이를 정의 할 수 있다고 말합니다.
.오스틴에있는 텍사스 대학교의 수학 물리학자인 찰스 라딘 (Charles Radin)과 그의 전 학생 인 데이비드 아리스토프 (David Aristoff)는 현재 미네소타 대학교 (University of Minnesota)의 수학자 인 데이비드 아리스토프 (David Aristoff)는 액체와 고체의 주요 차이점이 전단 또는 비틀기 세력에 반응하는 방식이라고 주장합니다. 액체는 전단에 저항하지 않고 쉽게 슬로 싱 될 수있는 반면, 고체는 결정, 준결정 또는 유리에 관계없이 모양을 바꾸려는 시도에 저항합니다.
.따라서 액체-고체 위상 전이, 라딘 및 아리스토프 이유는 0에서 양수 값으로 점프하는 재료의 "전단 응답"으로 표시되어야한다. 그리고 그들은 원자가 디스크로 표현되는 2 차원 모델 재료에 대한 점프를 관찰했습니다. 재료의 액체 상에 해당하는 저밀도에서 전단에 대한 반응이 없었지만, 단단한 전단의 원자와 같이 디스크가 밀도가 붙은 경우 재료가 팽창시켰다. Radin은“이 효과를 보여주는 크로스 오버는 시스템이 결정화되는 밀도입니다. "우리는 이것을 견고한 것이 무엇인지 이해하는 다른 방법으로 제안합니다."
전단 반응 효과는 일반적으로 물리학자가 계산을하는 방식에 의해 가려집니다. 재료의 위상 경계 (고체에서 액체로 전환되는 곡선)를 식별하려면 재료가 너무 커서 가장자리가 거의 없음 척하여 방정식을 단순화해야합니다. 불행히도,이 단순화는 재료의 모양을 무시하여 전단에 반응하여 모양이 변할지 여부를 결정하기가 어렵습니다.
Radin과 Aristoff의 혁신은 재료를 edgeless로 취급하기 전에 2D 모델의 전단에 대한 반응을 계산하는 것이 었습니다. Stein 은이 훨씬 까다 롭고 리버스 주문 계산은 일반적으로 해결되지 않았지만, 접근 방식은“매우 흥미롭고 잠재적으로 매우 유용 할 수 있습니다.”라고 말했습니다.
한편, 프랑스의 물리학 자들은 고체와 액체의 차이가 흐르는 속도라고 추론하면서 다르지만 관련된 압정을 취했습니다. 유리는 단단하지만 매우 느리게 흐르는 것으로 여겨집니다. 그리고 결정질 고체, 심지어 다이아몬드의 개별 원자는 결함 또는 격자의 빈 반점 사이에서 뛰어들 수 있습니다.
연구자들은 점도를 비교하여 고체와 액체의 유량 속도 또는 시간에 따라 다른 전단에 대한 반응을 구별했습니다. (예를 들어, 꿀은 물보다 점성 액체입니다.) 결정질 고체의 2 차원 모델의 경우 전단이 매우 작아지면 결정의 점도가 크게 나타납니다. 파리의 CEA에있는 이론 물리학 연구소의 Giulio Biroli는 지구의 중력 아래에서 다이아몬드가 흐르는 것을 보려면“우주의 시대보다 더 기다려야 할 것”이라고 말했다.
대조적으로, 일반적인 액체는 전단이 0에 접근하더라도 낮은 점도를 나타냅니다.
연구원들은 유리가 작은 전단 아래에서 크지 만 유한 한 점도를 나타냄으로써 결정질 고체와 액체 사이에 어딘가에 떨어질 것이라고 가정했다. 다른 물리학 자들은 그 이후로 모델 유리 시스템의 예측이 정확하다는 것을 보여 주었지만 아직 실험적으로 테스트되지는 않았지만
미국과 프랑스의 접근 방식의 Biroli는“우리의 길은 보완 적입니다. "우리가 두 가지를 모두 가져 가면 고체와 액체의 차이를 이해하기 시작한다고 생각합니다."
.벨기에-프랑스 수학 물리학 자이자 통계 역학에 관한 클래식 교과서의 저자 인 데이비드 러일 (David Ruelle)은 고체와 액체에 대한 엄격한 이해는 전자 및 나노리스트 그래피에 적용되는 금속 유리와 같은 새로운 재료의 거동을 예측하는 데 유용 할 수 있다고 말했다. 그러나 고체와 액체가 통치하는 세상에서“기본적인 이해를 갖는 것이 좋습니다.”라고 Ruelle은 말했습니다. "이런 것들이 당신에게 곧 백만 달러를 가져올 것이라고 말하지 않을 것입니다."
