Обычное стекло — это застывшая жидкость. Его молекулы зафиксированы в случайном, беспорядочном положении, которое является лишь одним из бесчисленного множества возможных вариантов. Именно поэтому стекло со временем может «течь», а его структура далека от идеала.
В 1948 году химик Вальтер Каузман задался вопросом: можно ли охладить жидкость настолько, чтобы энтропия (мера беспорядка) упала до нуля, но структура при этом осталась аморфной, а не кристаллической? Такое «идеальное стекло» было бы одновременно и беспорядочным, и абсолютно упорядоченным — парадокс, который десятилетиями не давал покоя физикам.
Команда под руководством Виолы Болтон-Лум из Университета Орегона нашла решение — пока в теории. Они использовали компьютерное моделирование и ввели своего рода «чит-код»: позволили частицам менять размер в процессе упаковки. Это дало дополнительную степень свободы, которой нет в реальных физических процессах, но которая позволила добиться идеальной упаковки.
Полученное в модели двумерное стекло обладает удивительными свойствами:
- Каждая частица имеет в среднем шесть точек контакта с соседями — как в плотнейшей упаковке.
- Нет ни скоплений, ни пустот — гиперравномерность.
- При ударе оно вибрирует не хаотично, как обычное стекло, а равномерно, как алмаз.
- Оно прочнее и стабильнее обычного аморфного материала.
Мы считаем, что нашли решение, показав, что такое состояние вовсе не является парадоксом. Действительно, мы можем его построить.
— говорит физик Эрик Корвин.
Важное предупреждение: идеальное стекло пока существует только в компьютере. Обычные процессы нагрева и охлаждения не позволяют его получить — нужно бесконечно много времени. Чтобы создать такой материал в реальности, потребуются принципиально новые подходы, реализующие тот самый «чит-код» из симуляции.
Но сам факт, что идеальное стекло возможно, открывает дорогу к созданию сверхпрочных, сверхустойчивых материалов. Их свойства — твердость алмаза, но при этом аморфная структура — могут найти применение везде, от оптики до аэрокосмической промышленности. Пока это далекая перспектива, но первый шаг сделан.
