无序、玻璃与局域化

玻璃

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想象在一个寒冷的日子里倒蜂蜜。天越冷,它流得越是迟缓,直到从实用角度看完全不流了——可它从不像糖那样啪地结成整齐的晶体。它只是卡住了。玻璃就是这样被冻成固体的物质:冷得太快,或太不愿结晶,于是在仍处于无序、类液体的排布时就凝住了。

玻璃是「非晶固体」的日常叫法,它由液体冷却而成,冷过了能流动的临界点,却没让它结晶。随着温度下降,原子动得越来越慢;若它们没时间找到整齐的晶体格子,就会被困在一团冻结的混乱里。结果是像固体一样坚硬而脆,却带着液体那种凌乱、不重复的原子排布。普通窗玻璃是最熟悉的例子,但金属、塑料,甚至盐的混合物,都能做成玻璃。

玻璃之所以重要,是因为它给了我们窗户、镜片、光纤,以及无数材料——它们的无序是优点而非缺陷,无序让它们透明、各向同性、可塑形。有一个顽固的传言值得纠正:老窗玻璃并不是几个世纪里在「往下流」。古董玻璃下沿更厚,源于当年的制造方式,而不是玻璃在室温下表现得像一种缓慢的液体。

对着一片熔化的玻璃吹气,把它拉成比头发还细的丝,你就有了一根光纤——互联网的脊梁。光沿着这根玻璃丝飞奔,一路弹射,跑上几公里几乎毫无损耗。它之所以管用,正是因为玻璃无序却均匀:没有晶粒、没有边界来散射光,一束光便能在它内部走上惊人的距离。

光纤是一根细如发丝的玻璃丝;它均匀的无序让光走上几公里也不被散射掉。

在物理里,「玻璃」不只是窗户上那玩意。这个词指任何被冻进无序、卡住状态的系统——磁性自旋能形成自旋玻璃,这个泛指的概念涵盖了许多不结晶就凝固的材料。窗玻璃只是一个大得多的家族里最为人熟知的成员。

又称
vitreous solid玻璃态