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実はガラスが「液体」か「個体」か、いまだ解けない謎だった

素朴だけど難しい

昔から人々の生活を支えているが…

窓や食器、家具の一部、電子機器の液晶画面……。ガラスは、人々の日常生活に密接に関わっている物質の一つだ。

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ガラスの歴史は古く、その起源は紀元前4000年、古代メソポタミアまで遡る。当初は陶磁器などの部分的な装飾として用いられていた。

次第に、加熱によって自在に形を変えることができ、一定の強度と軽度、透明度を持つ物質であることが解明される。現在のように、ガラス単体で窓や食器などの用途で活用されるようになったのは、紀元前1世紀ごろだ。

6000年以上にもわたって人間の生活を支えてきたガラス。ところが、実は、その便利な物質の正体は未だ解明されていない。それが固体なのか、液体なのか、学説が固まっていないのである。

ガラスは、分子が不規則に並んで固まっている状態であることが確認されている。固体の定義は「分子が規則的な状態で並んでいること」であるため、分子レベルで言えば、ガラスは固体ではなく、液体に近い、ということになる。

固体のように見えるが、構造は液体。この状態をどのように定義するべきか。粘度の極めて高い液体とする説や、微細に流動する固体とする説など、科学者の間でも意見は割れた。現在は「アモルファス状態」にある固体、つまり準安定状態の固体であるとする学説がやや優勢になっているが、結論は出ていない。

 

さらに言えば、ガラスはどういう物質なのか。その構造も、二つの学説の間で揺れている。一つは、不規則網目構造説。原子が不規則に結合することで硬度と粘度を保っているとするものだ。

もう一つが、微結晶説。200に満たない小さな結晶が集まって構成しているとするものである。二つの説のどちらが正しいか、言いかえれば、なぜガラスが固まっているのか、ということすらわかっていないのだ。

今日、技術の進歩とともに、空気のように透明な高透過ガラスが開発され、人々の生活を支えている。とはいえ、その構造がクリアになる日は、まだまだ遠い。

『週刊現代』2020年7月4・11日号より