对于如此常见的东西来说，玻璃实际上是一种令人难以置信的神秘; 自从人类在几千年前第一次遇到它以来，这个物理学之谜就一直难以理解。
原因是：玻璃不是普通的固体。 但它也不是液体。 它介于两者之间，是一种奇怪的混合体，被称为无定形固体– 摸上去很坚固，但在原子水平上，它实际上表现得更像液体。
但科学家们的突破现在可以让我们比以往任何时候都更接近于了解玻璃表面下发生的事情，这要归功于一种可以帮助预测玻璃与温度相关的特性的新算法。
这意味着我们离预测玻璃在不同温度下的表现又近了一大步，这反过来又可以帮助我们找到更快、更好的方法来发现新型材料，并了解玻璃整体上如何以奇怪的方式存在。确实如此。
“玻璃看起来很简单，但它是一种非常奇怪的材料，”说西北大学的计算材料科学家 Sinan Keten。
“它是无定形的，没有平衡结构，因此它通过分子的缓慢运动不断进化。”
模拟CG模型系统的表示（Wenjie Xia）
由于分子水平上的这些运动，玻璃永远不会形成理想状态是一种固体，其中原子排列成有序且可预测的晶体结构。
如果有足够的时间，理论上，玻璃有一天可能会达到理想的平衡状态，但这需要非常长的时间——科学家认为，时间超过几个世纪– 由于原子过程非常慢。
另一个困难是温度。玻璃– 这意味着二氧化硅玻璃和其他类型的无定形玻璃材料（例如聚合物）也非常容易受到温度变化的影响，这使得实现其理想状态变得更加不可能。
热量是引发所谓的“热”现象的因素之一。玻璃化转变，其中加热的无定形固体在冷却时从坚硬的玻璃态转变为更像液体的粘性形式。
这是一个非常酷（并且可逆）的技巧，但它是其他一些使得不同种类玻璃的物理特性难以确定的原因。
“由于玻璃的无定形和无序性质，其特性可能随温度而发生很大变化，这使得对其物理行为的预测变得极其困难，”说北达科他州立大学工程师夏文杰。
“现在，我们找到了解决这个问题的新方法。”
材料科学的挑战之一是设计方法来模拟不同种类的玻璃材料在加热时的行为。 然而，由于玻璃无序且可变结构的分子复杂性，运行此类计算需要很长时间。
通过一种新的算法，利用粗粒度 (CG) 建模然而，研究人员表示，他们能够将这一过程加快大约一千倍。
该技术通过后退一步来实现这一点。
研究人员没有尝试计算每个单个原子的位置和分子键，而是能量重整化算法只尝试计算原子簇，从而获得更广阔的视野熵和焓影响系统。
使用三种不同类型的玻璃状聚合物（聚丁二烯、聚苯乙烯和聚碳酸酯）测试他们的方法，结果表明粗粒度模拟与这些材料在现实世界中的行为准确对应。
“众所周知，解释玻璃的物理原理是科学家无法解决的最大问题之一，”科滕说。
“我们越来越接近了解他们的行为并解开这个谜团。”
研究结果报告于科学进步。
