Gennem at studere en 20 millioner år gammel ravklump har forskere én gang for alle bevist, at glas ikke flyder.

Nogle mennesker hævder, at blyindfattede glasvinduer i gamle kirker er tykkere i bunden end i toppen, fordi glas flyder langsomt som en væske. Vi har vidst i lang tid nu, at dette ikke er sandt; disse vinduer er tykkere i bunden på grund af produktionsprocessen. I middelalderen blev en klump smeltet glas rullet, udvidet og fladtrykt, inden den blev drejet til en skive og skåret i ruder. Disse skiver var tykkere omkring kanterne og blev monteret således, at den tungeste side var i bunden.

Men myten om, at glas flyder, har holdt sig ved i tidens løb. En del af årsagen er, at glas er et underafkølet viskøst stof, der blev forglasset – en massiv ændring af de fysiske egenskaber, hvor en faseovergang af første orden blev undgået (i modsætning til de almindelige stoftilstandsovergange mellem fast/flydende/gas).

Når en væske afkøles, krystalliserer den, hvilket øger dens viskositet (et mål for dens modstand mod at flyde). Men når glas afkøles, forbliver det fastlåst i en faststoflignende tilstand uden krystallisering. I det væsentlige stiger viskositeten i en underafkølet væske, indtil den bliver et amorf fast stof eller glas.

Forsker Robert Brill forklarer mere:

Som det er tilfældet med væsker, er de atomer, der udgør et glas, ikke arrangeret i nogen regelmæssig orden – og det er her, analogien opstår. Flydende væsker flyder, fordi der ikke er nogen stærke kræfter, der holder deres molekyler sammen. Deres molekyler kan bevæge sig frit forbi hinanden, så væsker kan hældes, plaske rundt og spildes. Men i modsætning til molekylerne i konventionelle væsker er atomerne i glas alle sammen holdt tæt sammen af stærke kemiske bindinger. Det er, som om glasset er ét kæmpe molekyle. Dette gør glassene stive, så de ikke kan flyde ved stuetemperaturer. Derfor fejler analogien, når det gælder flydende og flydeevne.

Så glas, i denne funky tilstand, hvor det hverken er et fast stof eller en væske, har fået nogle til at antage, at det stadig potentielt er i en tilstand af flow.

For endelig at få denne idé til at hvile har Jing Zhao, Sindee Simon og Gregory McKenna analyseret en 20 millioner år gammel klump bevaret rav. De brugte rav – en organisk polymer – fordi dynamikken i glas fortsætter uanset om det er organisk eller uorganisk. Fossilt rav giver også forskerne mulighed for at studere glasdannende materialer langt under de typiske glasovergangstemperaturer; i betragtning af dets ekstreme alder er det en ultrastabil form for glas.

Kredit: Texas Tech University.

Teamet udførte en række kalorimetriske og spændingsrelaksationseksperimenter på ravstykket fra Dominica. De målte dets afslapningstider (intermolekylære omlægninger) ved forskellige temperaturer, herunder over dets fiktive temperatur. Holdet observerede, at ravets afslapningstider ikke divergerede – hvilket betyder, at det umuligt kunne være en slags væske.

“Dette resultat udfordrer alle de klassiske teorier om glasovergangsadfærd”, bemærkede McKenna gennem en erklæring.

Læs hele undersøgelsen på Nature Communications: “Using 20-million-year-old amber to test the super-Arrhenius behaviour of glass-forming systems.”

Overste billede: Vladimir Sazonov/.