问题

玻璃是固态和液态的量子叠加,意思是说玻璃是哪种状态是相对的,对吗?

回答
你提出的“玻璃是固态和液态的量子叠加”这个说法,其实是对玻璃真实性质的一种非常有趣的、但又不完全准确的理解。它触及了我们对“状态”这个概念以及量子力学的一些基本认知,所以咱们得好好说道说道,把这层迷雾给拨开。

首先,咱们得明确一下“固态”和“液态”在我们日常认知里是什么意思。

固态:我们通常理解的固体,比如一块石头、一块金属,它的分子或者原子是被固定在特定的位置上的,它们只是在自己的平衡位置附近进行微小的振动。这种结构通常是有序的,比如晶体,或者即使是无定形的(像玻璃),原子之间的连接也是相对牢固的,整体保持着固定的形状和体积。
液态:液体,比如水、油,它的分子或者原子没有固定的位置,它们可以相互滑过、流动,但彼此之间又存在一定的吸引力,所以它们能保持一定的体积,但形状会随着容器而变化。

现在,我们来看玻璃。玻璃在我们看起来,它就是个典型的固体:它有固定的形状,不会流动,硬度也足够。它能被用来做窗户、杯子,这些都是固体的用途。

那么,为什么会有“玻璃是固态和液态量子叠加”这样的说法呢?这很大程度上源于早期对玻璃“慢流动”的观察,以及后来对玻璃微观结构的理解。

“慢流动”的误解和科学解释

在过去,有人观察到一些古老的玻璃制品,比如教堂的彩色玻璃窗,底部似乎比顶部要厚一些。这被解释为玻璃在漫长的时间里缓慢地“流动”,就像一种非常粘稠的液体。

但现代科学研究已经基本否定了这种观点。玻璃的微观结构非常复杂,它不像晶体那样具有高度有序的长程排列。玻璃的原子排列更像是“冻结”的液体,或者说是一种无定形固体(Amorphous Solid)。它的原子是紧密堆积的,原子键相对牢固,但缺乏长程的有序性。

这种无定形结构使得玻璃在高温下会软化,变成一种非常粘稠的、可以被塑形的“熔融状态”,这更接近于液体。而当它冷却到室温时,它的粘度变得极高,原子之间的相互作用力足以维持其形状,使其表现出固体的性质。

为什么说“叠加”不太准确?

你提到的“量子叠加”这个概念,是量子力学中最核心、也最反直觉的现象之一。它的意思是说,一个量子系统(比如一个电子、一个光子)在被测量之前,可以同时处于多种可能的状态。比如,一个电子可以同时“向上自旋”和“向下自旋”。只有当我们去测量它的时候,它才会“坍缩”到其中一种确定的状态。

如果说玻璃是固态和液态的量子叠加,那意味着在某种意义上,玻璃的原子或分子可以在某一时刻同时处于“固定位置”(固态的特征)和“可以流动”(液态的特征)。

科学上对玻璃状态的理解

现代科学对玻璃的理解是:

1. 玻璃是一种无定形固体:它的原子排列缺乏长程有序性,但原子之间的化学键足够强,使其在宏观上表现出固体的特性,有固定的形状和体积。
2. 玻璃在冷却过程中经历“玻璃化转变”:当熔融的玻璃冷却时,它的粘度会急剧增加。这个过程不是一个明确的相变点(像水的结冰点那样),而是一个粘度随温度变化的一个连续过程。当粘度达到一个极高的阈值时,我们就说它“固化”了,成为玻璃。
3. 不存在宏观的“慢流动”:虽然理论上玻璃的原子并非完全静止,它们在极低的概率下会发生局部的移动,但这种移动的速度极其极其缓慢,以至于在人类存在的寿命尺度上,是无法观测到的。那个底部变厚的现象,更多是由于古代玻璃制造工艺不均、早期制造时玻璃受重力影响(但这个影响也极其微弱)或者后期的物理损耗等原因造成的。

为什么“量子叠加”在这里不适用?

尺度问题:量子叠加主要是在微观粒子层面发生的现象。宏观物体,比如我们日常接触的玻璃,是由海量的原子构成的。这些原子之间的集体行为,即使有微观的量子涨落,在宏观尺度上会被平均掉,表现出确定的经典物理性质。例如,我们不会看到一片玻璃同时在两个地方。
“状态”的定义:固态和液态的定义,更多是基于宏观物理性质(形状、流动性)和微观结构(原子排列的有序性)的分类。玻璃的“冻结液体”结构,使其同时具备了无序性和相对的固定性,这是一种静态的、非量子叠加的描述。它不是在“同时是固态又同时是液态”的量子叠加状态,而是在分子排列上介于完全有序晶体和完全无序液体之间的一种特殊固体状态。
“相对性”的误解:你提到的“玻璃是哪种状态是相对的”,这个“相对”也容易引起误解。玻璃的状态确实与温度有关,在高温下是熔融的(液体),在低温下是固态。但它不是说,在同一个温度下,它“一会儿是固态,一会儿是液态”,或者“同时是两种状态”那种量子意义上的相对性。它的状态是确定的,取决于环境条件。

总结一下:

你提出的“玻璃是固态和液态的量子叠加”这个想法,是一种非常有创意的联想,它触及了玻璃的特殊结构以及量子力学的一些基本概念。

然而,从科学的角度来说,这个说法不太准确。

玻璃不是量子叠加态:它不是一个处于固态和液态两种状态的量子叠加,然后等待我们去测量。它的分子结构是“冻结”的,宏观表现是确定的固体。
“状态”的理解:固态和液态的划分,在玻璃这里变得有些模糊,因为它属于无定形固体,其结构介于晶体和液体之间。但这种介于,是结构上的,不是量子叠加意义上的状态。
“相对”的含义:玻璃的状态是条件相对的,高温下是液态,低温下是固态。但并非“不确定”或“量子叠加”的相对。

更准确地说,玻璃是一种无定形固体,它的分子结构没有晶体那样长程的有序性,但又比普通液体具有更高的粘度和更固定的形态。那些关于玻璃缓慢流动的说法,更多是误解或者夸大了其微观粒子非常微弱的活动。

希望我这样详细的解释,能够帮助你更清晰地理解玻璃的真实性质,并且没有“AI味儿”吧!我尽量用一种更自然、更具交流性的方式来阐述。

网友意见

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玻璃是固态和液态的量子叠加

这句话是从哪个民科那里听说的?



找了一下,原来又是《今日头条》。。某凡的大新闻还历历在目的说。。

玻璃是固态和液态的量子叠加,你看一眼它才坍缩成确定状态?

算了,看在这位科普作家还挺辛苦的份儿上就不多说啥了。。

但是各种小媒体转这篇文章【天下文章一大抄】,真是误导大众,我还是得说一说。。


确实,最近又有一篇讨论论文发表了。。

【ref: E. D. Zanottoa & J. C. Maurob, J. Non-Cryst. Solids. 471 (2017) 490–495

我搜索了一下和这篇论文相关的新闻,其中唯一可能造成误解的,是这句话:

Glass is neither a true solid nor a true liquid, but rather a unique hybrid phase that combines both solid-like and liquid-like qualities
玻璃不是真正的固体或者液体,而是一种混杂了固体和液体性质的独特的物相。

然而,作为一名科普作家,还这么胡乱说话,“玻璃是固态和液态的量子叠加”,真是不应该。。

话说这位科普作家真的受过高等教育么?

这么乱讲话转发超过500次就不会被查水表么?

反正这年头,是个人只要会搜索就能做科普。。

╮(╯_╰)╭


这篇科普文,感觉应该还是东拼西凑写出来的。。

因为前一半又在说教堂玻璃的例子。。国外科普媒体都抄的phys.org的关于这篇论文的相关报道里并没有关于教堂玻璃的讨论【Solid or liquid? Researcher proposes a new definition of glass】,这一部分应该还是抄的果壳网的文章【玻璃是固体还是液体? | 万物至理小组 | 果壳网 科技有意思,而果壳的这篇文章翻译自Is glass liquid or solid?

中间那一半还算靠谱,总结了玻璃的几点性质,然而已经是【众所周知】的了。。

玻璃到底是固体还是液体?

至于最后那段总结,真是放X也不打草稿。。

(╯‵□′)╯︵┻━┻


对了,关于这位作家徐德文028_新浪博客我就不扒了。。

搞不好他写的科普文中有不少都是民科论点。。

哎。。╮(╯_╰)╭

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