Yüzyıllar boyunca, insanlar sanatlarında, araçlarında ve teknolojilerinde camdan yararlandı. Bununla birlikte, bu malzemenin yaygınlığına rağmen, mikroskobik özelliklerinin çoğu iyi anlaşılamamıştır ve geleneksel fiziksel tanıma meydan okumaya devam etmektedir.
Osaka Üniversitesi’nden Koun Shirai’ye girin. Yayınlanan bir makalede TemellerShirai, Gözlüklerin Termodinamiği için sağlam bir açıklama sağlamak için geleneksel fiziksel teoriyi ve dengesiz malzemelerin incelenmesini köprülüyor.
Çoğu malzeme bir denge durumunda bulunur, yani malzemenin atomlarındaki kuvvetlerin ve torkların hepsi dengelidir. Bununla birlikte, gözlükler ünlü bir istisnadır: atomları her zaman çok yavaş da olsa denge durumuna doğru yeniden düzenleyen, ancak dengede bulunmayan amorf katı malzemelerdir.
Shirai, “Cam ve kristallerin atomik yapılarını karşılaştırırsanız, aslında çok farklıdır” diyor Shirai. “Kristallerin temiz kafeslerde düzenlenmiş atomları vardır, oysa gözlüklerin bir sıvıya benzer şekilde daha dağınık olan atomları vardır. Bu nedenle, geleneksel olarak gözlüklerin çok, çok yavaş akan denge dışı sıvılar olarak düşünür.”
Bu denge durumu eksikliği, nesiller boyu fizikçi için büyük bir zorluk yarattı. Gözlükler teknik olarak dengede olmadığından, termodinamiğin standart yasaları onlar için geçerli değildir, bu da analiz edilmelerini zorlaştırır.
Shirai, “Termodinamikte, sistemler genellikle sipariş parametreleri olarak adlandırılan değişkenler açısından karakterize edilir.” “Sipariş parametreleri, bir materyalin hangi durumda olduğunu veya değişen durumlara ne kadar yakın olduğunu tanımlamak için kullanılabilir. Ancak paradoks, gözlüklerin doğal olarak düzensiz olmasıdır, bu yüzden bu malzemeler için bu tür parametreleri nasıl anlamlı bir şekilde tanımlarız?”
Bu soruyu ele almak için Shirai, “dengenin” ne anlama geldiğini yeniden tanımlamak zorunda kaldı: Çerçevesinde, enerji çevresini etkilemeden ondan çıkarılamazsa bir malzeme dengede. Bu açıdan bakıldığında, gözlükler aslında dengededir ve termodinamik araçları bazı modifikasyonlarla uygulanabilir.
Shirai, “Sipariş parametrelerinin atomların zaman ortalamalı pozisyonlarından başka bir şey olmadığı gösterilebilir” diyor. “Bu şekilde, gözlüklerin termodinamik tanımını kristaller gibi diğer katı maddelerle birleştirebiliriz.”
Shirai, bu yeni formülasyonun tipik olarak biyolojik sistemler gibi dengesiz olarak sınıflandırılan diğer malzemelerin fiziğini aydınlatmaya yardımcı olacağına inanıyor. Araştırması sayesinde, diğer periyodik olmayan ve karmaşık materyallerin tam bir termodinamik tanımına sahip olmamız çok uzun sürmeyebilir.
