变成固体的两种方式
上一讲留给我们一种被冻住的液体，叫玻璃。本讲要问一个显而易见的后续问题：到底在哪一刻，液体变成了玻璃？对于普通的结冰，答案是干脆的。把水冷到摄氏零度，它就结冰——在一个单一、明确的温度上，松散的液体猛地咬合成有序的冰，同时迸出一阵热。前后泾渭分明。物理学家把这种突然、明确的转换叫作[[phase-transition|相变]]，而结冰正是课本上的范例。
现在拿一种玻璃形成物来试同样的事——熔化的窗玻璃，或者正在变成糖果路上的滚烫糖浆。把它冷却，然后……什么也没咬合。没有哪个单一温度让它猛地变成固体。它只是不断变稠。从稀汤，到糖浆，到蜂蜜，到沥青，到拉糖，到一种你能靠上去的东西，再到一种会碎裂的东西——一场连续、渐进的变硬，没有清晰的分界线。在这场平滑的变稠中的某处，它不再是[[liquid|液体]]、成了固体，可你很难指出这事究竟发生在哪一瞬。
稠度有个名字：黏度
要诚实地谈论“稠度”，我们得用它真正的名字：黏度——一种流体抵抗流动的强烈程度。水的黏度低（一倒就流）；蜂蜜的黏度高（慢慢淌）；冷沥青几乎只是缓缓蠕动。研究材料如何在外力下流动与变形的学问，叫作[[rheology|流变学]]，而黏度是它的核心测量量。玻璃化转变的整出戏，就是一出黏度涨到失去一切比例的戏。
而这种攀升令人瞠目。当一种玻璃形成液体朝它的玻璃化转变冷却时，它的黏度不是翻倍、也不是涨到十倍——而是在一段相当窄的温度区间里，一口气暴涨百万亿倍甚至更多。原子变得如此不情愿重新排布，以至于材料流动所需的时间，从一次心跳拉长到比宇宙的年龄还久。到那个点上，就一切人类的用途而言，液体已经停止流动了。我们就管它叫固体。原子的排布并没有发生什么戏剧性的变化；变了的——而且变得快得几乎难以置信——是它们移动所需要花的时间。
cool the liquid a little -> viscosity multiplies enormously flow time: seconds -> years -> longer than the universe
一种记得自己仍在流动的固体
正因为这场转换是渐进的，玻璃化转变附近的材料会做出一件奇怪的事：它们既像固体又像液体，全看你推它们推得有多快。推得慢，它们就像稠液体一样淌；猛地一击，它们就像固体一样弹起或开裂。这种分裂的性格——一半是富弹性的固体、一半是流动的液体——有个名字：[[viscoelasticity|黏弹性]]。
这告诉我们一件深刻的事：一种材料是不是“固体”，部分上是一个关于时间的问题。玻璃之所以是固体，是相对于你的耐心而言的。原子其实仍在很慢很慢地试图重新排布——回想上一讲的[[structural-relaxation|结构弛豫]]——只是这种重排现在所需的时间荒谬地长，以至于在任何人类的时间尺度上，材料就只是待在那儿，保持着形状。固体性，在这里，并不是单单关于原子的事实。它是原子与时钟相比之下的事实。
为什么转变点会移动
关于[[glass-transition|玻璃化转变]]，有一个真正令人不安的事实：它并不在一个固定的温度上。把同一种液体冷得快，它会在一个较高的温度上锁成玻璃；冷得慢，它会一直保持类液体状态到一个较低的温度，才冻住。这场转变既听温度计的，也听时钟的。一个真正的相变，比如水结冰，从不这样——无论你冷得快还是慢，冰都在零度形成。所以玻璃化转变压根不是一场干净的相变；它更像一场堵车，视你刹车踩得多猛，而提前或推迟来临。
那么，底下到底藏着某种“真正的”转变，还是说玻璃态纯粹只是耐心耗尽的问题？这是物理学中最顽固的开放问题之一。有些研究者相信，在一个我们永远无法真正抵达的温度上，埋着一场真实而明确的转变，因为液体总是抢先冻住了。另一些人则主张，那底下根本没有任何明确的东西——只有我们看得见的那场失控的减速。经过一个多世纪的研究，仍然没有公认的答案。说实话，玻璃化转变是一门尚未完成的科学。
与这片模糊共处
即便没有一套最终理论，工程师们处理玻璃却得心应手，因为那些实用规则是清楚的。想要坚固的玻璃？温和地冷却穿过转变点，让原子安顿下来、卸掉应力。想要强化的安全玻璃？故意把表面冷得飞快，把有益的内部挤压锁进去。想让一种金属做出来是玻璃态而不是晶态的？凶猛地冷——每秒几百万度——好让它的原子永远找不到时间去结成方格。玻璃化转变在理论上神秘莫测，在车间里却出奇地听话。
退一步，看看我们学到了什么。玻璃是一种来不及结晶的液体；玻璃化转变是那个柔软、依赖时钟的点，在那里它放弃了流动，我们开始管它叫固体。没有干脆的“咔嗒”，只有一场失控的变稠。到目前为止，我们的无序都关乎原子坐在哪儿、怎么动。下一讲，我们要保留井然的晶体，却往里撒进几个放错的原子和几个缺失的原子——然后会发现，哪怕是微小的瑕疵，也能彻底改变一种材料的所作所为。