我们在中学就学过物质具有三种状态：气体、液体和固体。生活中很多物质都能够轻松将它们归类到这三者之中，然而玻璃究竟是属于哪种状态却一直是物理学的老大难问题，就连《科学》杂志，都曾将玻璃态物质的本质是什么列入个最具挑战性的科学前沿问题之一。

一、关于玻璃的流言

我第一次听说玻璃是液体还是在大学的物理课上，教授说，中世纪欧洲教堂那些年前的玻璃，在重力的作用下，下方变厚。他还说，玻璃是原子运动得很慢的液体，相比液态水中的原子慢20~30个数量级。

其实玻璃会缓慢变厚是一个无稽之谈。那些古老的玻璃之所以如此，是由于当时的制作工艺所致。当时的工人将融化的玻璃绞在铁棍上，棍子以很快的速度旋转，将玻璃团摊成平坦的圆盘。等玻璃冷却之后，再切割成玻璃窗。

这种工艺的缺点是，圆盘中央部分总会比边缘厚一些，所以这种玻璃切割成玻璃窗后，总会有一头要厚一些。而在安装玻璃的时候，厚的那边向下，有利于玻璃窗的稳定和雨水的流淌。所以教堂那些玻璃并不是向下流动变厚，而是它本来就是那样的。

二、玻璃的定义

在讨论玻璃是固体还是液体的时候，首先需要明确什么是玻璃？然而相对于已经严格定义的晶体来说，玻璃并没有明确的统计力学描述或者定义。

科学家们定义了很多“玻璃”类的物质，比如胶体玻璃、分子玻璃、电子玻璃、自旋玻璃，这些玻璃都有其独特的特质，并且这些特质互相不重叠，但这些都被物理学家们用玻璃来称呼。也就是说，没有统一的玻璃概念，但“玻璃”具有公认的性质。

这种性质的理论名称叫“玻璃态”，即短程有序，长程无序状态。也就是说，玻璃内部，在数个或者数十个原子范围内，呈现出有序排列，表现出晶体的特征，而在原子数量增加后，便成为一种无序的排列状态，其混乱度类似液体。

所以说，玻璃不是晶体，也不是非晶体，也不是多晶体，也不是混合态，由于常温下，玻璃在宏观上是一种固态物质，所以只能叫它“玻璃态”。

三、玻璃的状态分析

很显然，用晶态、非晶态和液态的概念去定义物态是更精确的，因为这三种状态都是平衡态的概念，是平衡态物质的相态。接下来我们就在“态”的概念下来讨论玻璃态究竟是什么态。

晶体开始融化时的温度叫做熔点。在一个标准大气压下，晶体都是有熔点的，比如铁°C、铝°C、铜°C、水0°C。一般来说晶体熔点从高到低为,原子晶体离子晶体金属晶体分子晶体。

这是因为，当环境温度发生变化的时候，物体需要经过一定的时间才能达到平衡态。对于晶体来说，处于熔点以上温度的时候，其处于液态。当晶体温度降低到熔点以下的时候，物体就开始结晶，变成晶态。

玻璃没有熔点，只有软化点。通常软化点度左右，随着温度的增高，其流动性会越来越好。软化点，也就是我们日常见到的玻璃成品刚开始变软的温度。

从这个角度来说，玻璃明显不具备晶体的特点。因为玻璃没有熔点，也就不存在过冷或者是低于熔点的概念，我们只能说，随着温度的降低，玻璃达到平衡态的时间会越来越长。

在有限的实验观察时间范围内，玻璃不可能达到平衡态，而且几乎完全失去液体的流动性特点，这就是我们所说的玻璃。从这个角度上说，玻璃是粘度很大的非平衡过冷液体。

由此可见，那位教授说玻璃是一种原子运动很慢的物体还是可信的。但如果就此说，玻璃就是一种液体，这个结论也下得过早，因为我们还要看一下玻璃的微观结构。

四、玻璃的微观结构奥秘

美国科学家菲利普·吉布斯曾经指出，从分子动力学和热力学的某些角度来说，玻璃可以看成是高黏度的液体，是无定形固体，或是既非液体也非固体的另一态。这是因为，常温下，玻璃这种表面上呈现书固定形状并且坚硬，具有固体属性的东西，其内部的分子排列却很像液体。

玻璃之所以会呈现出这样的状态，其主要原因就是：玻璃的粘度随温度的变化速度太快，而结晶速度又太慢。这意味着，当温度下降时，玻璃的分子由于粘度迅速增加而失去移动的能力，导致这些分子被留在了其为液态时候的位置上（这时候分子间相对距离更小），无法到达形成晶格节点的位置上去。

也正因为如此，常温下，玻璃中的原子虽然看上去是杂乱无章地固定在特定位置上，但其原子之间仍然有一种重新排列到晶格上的趋势，也就是说，这些原子需要以非常缓慢的速度才能爬到晶格上去，进入到能级更低的稳定状态。

结束语

通过前面的介绍我们可以看到，当液体的玻璃慢慢冷却后成为固体，我们很难说出液态玻璃与固态玻璃之间有什么确切的界限。可以说，玻璃不是液态也不是固态，只能叫做玻璃态才是更为适合的说法。那么玻璃中的原子是如何缓慢运动的？换句话说，玻璃是怎样流动的呢？这至今仍然是凝聚态物理和材料科学的未解之谜。