物理学家通过计算机模拟发现，液体快速冷却形成玻璃时，内部粒子集群会在特定温度后自我限制生长，揭示了玻璃态形成的微观机制。
在中学物理课本里，物质通常分为3种状态，即气体、液体和固体 。以水为例，水蒸气、液态水和冰中的分子本质相同，但运动自由度截然不同 。温度越高，分子运动越自由 。在固体中，分子排列成固定的晶格结构 ；在液体中，分子可以自由移动 ；而在气体中，分子的运动则更加自由 。
然而，当某些液体冷却得足够快时，会进入第4种特殊的相态，也就是玻璃态 。玻璃奇特之处在于，它的宏观表现像固体，但内部结构却更接近液体 。它没有刚性的晶粒结构，内部呈现出无序状态 。因此从某种意义上说，日常使用的玻璃杯其实是一种极其粘稠的液体 。
为了理解这种奇特现象，埃因霍温理工大学的理论物理学家 Corentin Laudicina 和团队重点研究了液体在冷却过程中的粘度变化 。以沥青滴漏实验为例，常温下的沥青看起来坚硬如石，但它实际上是一种粘度极高的液体，平均每10年才会滴落1滴 。为了追踪数百万个微观粒子的长期运动，研究人员借助了埃因霍温理工大学超级计算中心，利用简化模型进行了复杂的计算机模拟 。
模拟结果表明，过冷液体中的粒子运动并不均匀，有些粒子几乎不动，有些粒子则会聚集在一起共同移动，就像在拥挤的音乐节现场，大家需要互相挤让才能挪动 。研究人员精确追踪了这些粒子集群随着温度降低的变化规律 。
过去传统理论认为，随着温度下降，这些集群会无限增大，导致液体突然卡住并发生相变 。但 Corentin Laudicina 的最新研究展现了截然不同的现象：随着液体冷却，集群最初确实会变大，但当温度降至某个临界点以下时，集群反而开始变小 。换句话说，粒子集群为自身的生长施加了天然的刹车机制 。
当研究人员将这种自我限制的反馈机制引入理论方程后，原本预测的剧烈突变消失了，理论计算与计算机模拟的结果几乎完美吻合 。这项研究不仅解释了实验室中观察不到突变相变的原因，也为理解玻璃态这一基础物理难题提供了全新视角 。更有趣的是，类似的物理数学模型还延伸到了计算机科学与机器学习等领域 。
原文：https://phys.org/news/2026-09-cooling-liquids-reveal-limiting-particle.html