在玻璃形成過程中，類似液體那種不規(guī)則的排列，究竟是怎么被固定下來的？對于這個懸而未決的問題，呼和浩特中空玻璃發(fā)現(xiàn)科學(xué)家們提出了許多理論來解釋。1959年，美國芝加哥大學(xué)的科學(xué)家科恩等提出了自由體積理論。該理論認(rèn)為液體中存在著許多原子排布所必需體積之外的多余體積，這些體積可以無需附加能量而重新分布，因此被稱為自由體積。隨著液體溫度的降低，原子所擁有的自由體積逐漸降低，當(dāng)自由體積降低到某個臨界值以下時，玻璃即形成。

但如何嚴(yán)格定義并對自由體積加以測量實際上做不到。20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的模態(tài)耦合理論被認(rèn)為是描述玻璃轉(zhuǎn)變最有用的理論。模態(tài)耦合理論的物理圖像可以歸結(jié)為“籠子效應(yīng)”：

液體中的每個粒子都位于由其近鄰粒子所形成的籠子里，籠子的壽命隨溫度的降低而增加。溫度接近某個臨界溫度時，籠子的壽命將趨于無限大。在具有高流動性能的液體中，粒子除了在籠子中作常規(guī)的振動和隨機“游動”外，其所在的籠子位置也同時隨著周圍粒子的重排而改變，即粒子除了在籠子中振動外，還將改變其所在的籠子作隨機擴(kuò)散運動。

當(dāng)溫度低于臨界溫度時，籠子的壽命無限大，使得液態(tài)凍結(jié)成玻璃時，因為籠子的囚禁和限制，其粒子的無序排列狀態(tài)被保存下來。除了這些理論之外，科學(xué)家們在試驗中也對這個問題有一些發(fā)現(xiàn)。

美國物理學(xué)家凱爾頓及其團(tuán)隊進(jìn)行的早期實驗顯示，原子以有序結(jié)構(gòu)聚集在一起可形成島狀物。這些島狀物似乎可以阻止液體變成固體，讓液體保持一種較為混亂的狀態(tài)。但對于島狀物如何發(fā)揮作用或者是否所有玻璃中都存在這種現(xiàn)象，研究人員并沒有達(dá)成一致。英國布里斯托大學(xué)的帕特里克·羅亞爾等人在實驗中，為了觀察微觀玻璃原子的真實運動情況，利用較大的膠體微粒模擬玻璃原子，并用高倍顯微鏡進(jìn)行觀察。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些粒子形成的凝膠因為構(gòu)成了二十面體結(jié)構(gòu)而無法形成結(jié)晶。玻璃態(tài)物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用及其相關(guān)研究已經(jīng)經(jīng)歷了漫長的歷史并且取得了豐碩的成就，然而，有關(guān)玻璃態(tài)物質(zhì)的本質(zhì)和基本規(guī)律仍存在諸多問題值得人們繼續(xù)深入思考。也許在不久的將來，關(guān)于玻璃如何形成、如何流動，科學(xué)家會給我們一個滿意的答案。隨著這些問題的解答，將會帶來更多新的玻璃材料，改變我們的生活。

注：文章玻璃如何流動的幾種推測轉(zhuǎn)載自知乎，分享給更多的玻璃行業(yè)人士和想要了解玻璃的人們。