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:
- Hvor lang tid der er gået, siden glasset er blevet til glas
- 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.
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.
