Danske forskere har løst mysterie om, hvor hurtigt glas skrumper
Resultaterne har stor betydning for den grundvidenskabelige fysik og muligvis også for den grønne omstilling, fortæller forsker bag studiet.
Kristine_Niss_rosklde_universitet_glas.jpg

Eksperimenterne er lavet over en periode på to år, hvor forskerne har foretaget forskellige forsøg på to væsker hver i deres væsketilstand og deres glastilstand, fortæller Kristine Niss, der er vist her, og som har arbejdet med glasforskning i 20 år. (Foto: Hanne Engelstoft Lund) 

Eksperimenterne er lavet over en periode på to år, hvor forskerne har foretaget forskellige forsøg på to væsker hver i deres væsketilstand og deres glastilstand, fortæller Kristine Niss, der er vist her, og som har arbejdet med glasforskning i 20 år. (Foto: Hanne Engelstoft Lund) 

Måske har du hørt, at glas bevæger sig som en tyktflydende, langsom væske, og at det er forklaringen på, hvorfor gamle vinduer er tykkest forneden. 

Men selvom det måske er en sjov tanke, at en glasflaske ville blive en pøl på gulvet, hvis man lod den stå længe nok, er det faktisk ikke rigtigt.

Det betyder dog ikke, at glas er fastlåst i en statisk form. 

Glas ændrer sig med tiden. Det flyder ikke - men til gengæld skrumper det. Eller, som det hedder i fagtermer, når glas svinder ind i volumen, så ‘fysisk ældes’ det.

Præcis i hvilken hastighed, glas ældes, har i årtier været ét af de mest omdiskuterede emner i de forskerkredse, der har beskæftiget sig med glasser. Glas ældes nemlig ikke lineært - men i et tempo, der tilsyneladende har været umuligt at forudse. 

Nu har et nyt studie fra Roskilde Universitet så endeligt bevist, hvor hurtigt glas ældes under visse forhold. Og det kan have stor betydning for alt fra den teoretiske forståelse af glassers molekyler til den grønne omstilling, mener forskerne bag det nye studie. 

»Det er det måske det vigtigste arbejde, jeg har gjort i min karriere,« fortæller Kristine Niss, der er professor (MSO) i eksperimentalfysik på Institut for Naturvidenskab og Miljø på Roskilde Universitet, glasforsker gennem 20 år og en af forskerne bag det nye studie.

»Vi har fundet ud af, at idéen med, at stoffer har et indre ur, måske ikke bare er en smart måde at beskrive, at molekylerne fortætter sig langsommere med tiden. Måske har det en dybere mening. Og den dybere mening er, at glas faktisk ligner væske mere, end man før har troet.« 

Glas mister volume med tiden

I studiet har forskerne fra Roskilde Universitet efterprøvet en model, der først blev udviklet i 1971, og som indtil nu har været anset som at være det bedste værktøj til at forudsige glassers ældning. 

I denne kontekst er det vigtigt at vide to ting, fortæller Kristine Niss:

For det første, betyder ‘glas’ i denne sammenhæng ikke kun den type glas, som man kender fra vinduer eller drikkeglas. 

I fysikken dækker termen ‘glas’ over faste stoffer, hvor molekylerne er arrangeret på en særlig måde. Man kan sige, for ikke at gøre det for kompliceret, at molekylerne ligger ‘hulter til bulter’.   

Det gælder blandt andet vinduesglas, rav, størknet lava samt det ‘sorte’ i asfalt eller plastik.

For det andet er grunden til, at glas ældes, at (næsten) alle materialer svinder ind i volumen, når det bliver koldere (vand er den kendte undtagelse). 

For glas gælder det dog, at det ikke har nået at få sig den volumen, som det godt kunne tænkte sig, inden det blev til glas. Glas er, som det hedder i fagsprog, ikke i termodynamisk ligevægt. Det skrumper stadig med tiden - bare meget langsomt. 

Og dét kan selvsagt være problematisk i sammenhænge, hvor det ikke er ligegyldigt, hvilken størrelse glasset har. Det kan for eksempel være i et fly eller i en anden maskine. 

Modellen virkede bedre end forventet

I den nævnte model fra 1971, kaldet ‘material time’-modellen, beskrives det, at glassers ældning kan forudsiges, ud fra hvordan materialet reagerer på temperaturudsving i sin væske-tilstand.

I studiet har Kristine Niss og hendes kolleger derfor foretaget en række forsøg i en periode over to år af to materialer i både dets væsketilstand og glastilstand.

Resultatet viste, at ved at kombinere den gamle model og væskedataen, kunne de forudsige glassets opførsel. 

»Modellen er førhen enten blevet brugt sammen med en masse andre antagelser eller i sammenhæng med en masse andre modeller. Vi har skrællet alt andet fra og kun testet ‘material time’-modellen,« fortæller Kristine Niss til Videnskab.dk.

»Det viste sig, at modellen virker utroligt godt. Den har en forudsigelseskraft, som er større, end man ville forvente. Det fortæller os også en masse om sammenhængen mellem glas og væsker.«

Glas har et indre ur 

Nærmere bestemt fandt de ud af, at materialet i sin væsketilstand og glastilstand reagerede ens på temperaturændringerne. Dog med en vigtig detalje: 

Glassets fysiske ældning foregår langsommere, men ikke i et 'lineært' tempo. Glas, fortæller Kristine Niss, har et 'indre ur’, der bliver langsommere, afhængigt af to faktorer:

  1. Hvor lang tid der er gået, siden glasset er blevet til glas
  2. Hvor langt glassets temperatur er fra sit smeltepunkt

Desto længere væk, glasset kommer fra sin ‘tilbliven’ og sit ‘smeltepunkt’, desto langsommere går glassets indre ur, og desto langsommere ældes det, som Kristine Niss forklarer det. 

Pointer, som ikke før er blevet direkte bevist. Og det er et gennembrud for forståelsen af glas på dets molekylære niveau, fortæller Kristine Niss:

»Det har potentialet til at udmunde i nogle mere grundlæggende teorier om, hvordan molekyler bevæger sig i glas,« siger hun til Videnskab.dk.

Glas_skurmper_ældes_Roskilde_universitet.jpg

I forsøgene kunne forskerne fra Roskilde Universitet, her Tina Hecksher, måle og kontrollere temperaturen ned til en tusindedel af en grad. (Foto: Hanne Engelstoft Lund)

Kontroversielt emne

Shuai Wei, adjunkt på Institut for Kemi på Aarhus Universitet, er enig i, at studiet har en vigtig betydning for at forstå glasser ældning.

»Man har indtil nu ikke forstået den fysiske ældning, på trods af at det er en væsentlig funktion af glas. Studiet viser, at ældningen kan blive forudsagt, og det betyder, at vi nu er et skridt nærmere på at forstå dette mysterie,« fortæller han til Videnskab.dk og fortsætter: 

»Det ændrer den gængse forståelse omkring den her gren af forskning, og det har potentiale til at udvikle sig til en ny videnskabelige gren inden for fysik.«

Glassers ældning har i visse forskerkredse været til stor debat, og derfor har studiet potentialet til at dele vandene. Dog mener Shuai Wei ikke, at studiet kan ses som kontroversielt: 

»Mange har deres egne meninger om det her emne, men jeg mener, at eksperimentet er godt, og teorien er også god. Det gør det meget overbevisende,« fortæller han.  

Har muligvis praktisk betydning

Udover at have en betydning for grundforskningen kan det nye studie også have en umiddelbar og praktisk betydning, fortæller Kristine Niss.

»Glas, og især plastik, rummer nogle egenskaber, der bliver brugt i alt fra legetøj til medicin, og som ikke kan erstattes. Men det bliver altså problematisk, hvis de skrumper ind eller bliver skrøbelige.« 

Hun fortæller, at i Danmark er LEGO et af de firmaer, der har interesse for deres arbejde.

»Vi har lavet et pilotprojekt med LEGO. De er meget opsatte på at udvikle miljøvenlig plastik, men de har oplevet problemer med fysisk ældning i nogle typer af plastik. Og man kan selvfølgelig ikke bruge en LEGO-klods, der er krympet med årene,« fortæller hun.

Shuai Wei mener dog, at der er et stykke vej, til resultaterne kan have nogen praktisk effekt: 

»Teoretisk set beskriver studiet, hvordan glas i eksempelvis en mobiltelefon skrumper med tiden. Men praktisk, så varierer temperaturen for en mobiltelefon i lommen meget mere, end de temperaturændringer, de har lavet i studiet. Det kræver yderligere arbejde for at få det fulde billede,« fortæller han og tilføjer:

»Kristines nye resultater vil helt sikkert hjælpe os med at opnå det.«

Studiet er udgivet i tidsskriftet Science Advances.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcasts herunder. Du kan også findes os i din podcast-app under navnet 'Videnskab.dk Podcast'.

Videnskabsbilleder

Se de flotteste forskningsfotos på vores Instagram-profil, og læs om det betagende billede af nordlys taget over Limfjorden her.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med omkring en million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk