作者：佩萨赫·本森（Pesach Benson） • 2026年4月30日

TPS-IL——随着一项阐明液体如何在结构无明显变化的情况下转变为刚性玻璃状固体的新研究揭示了新的光亮，一个存在了百年的物理学谜题正接近解决。这些研究结果可能会对食品生产、凝胶、水泥乃至医学产生影响。

这种被称为“玻璃转变”的现象影响着许多日常和工业材料，从食品到涂料和凝胶，但要准确预测流动的液体何时会突然变硬一直很困难。一个多世纪以来，它一直让科学家们感到困惑，因为材料在外观上可以变得像固体一样，但在微观水平上却几乎保持不变。

由以色列和德国科学家组成的一个团队引入了一种新的实验方法，通过追踪嵌入材料中的微小颗粒来观察这种转变。这项研究由特拉维夫大学化学学院的哈伊姆·迪亚曼特（Haim Diamant）教授和亚埃尔·罗伊希曼（Yael Roichman）教授与杜塞尔多夫海因里希·海涅大学斯特凡·埃格尔哈夫（Stefan Egelhaaf）教授的研究小组合作进行，并发表在经同行评审的《自然·物理学》（Nature Physics）上。

“这项研究的意义不仅在于确定玻璃转变的新特征，还在于为全面理解这一现象提供了一个全新的视角，”迪亚曼特说，“我们的研究结果表明，玻璃转变不仅仅是颗粒运动的逐渐减缓，伴随而来的还有材料内部动量传递方式的深刻变化。”

研究人员使用胶体——充满微观颗粒的液体——作为模型系统。胶体是微小固体颗粒悬浮在液体中的混合物，它使材料能够像液体一样流动，同时根据颗粒的堆积密度表现出复杂的方式。随着颗粒密度的增加，系统变得拥挤，直到“卡住”并表现得像固体一样。

关键的创新之处在于添加了非常小的示踪颗粒，即使在周围材料显著变慢时，这些颗粒仍保持移动。通过先进的显微镜追踪这些示踪颗粒对，科学家们能够实时测量运动和力如何在系统中传播。

结果显示了材料行为的明显转变。在液体中，运动通过系统在长距离上传播。当它接近玻璃态时，这种传播会崩溃，材料开始表现得更像一个吸收动量而不是传递动量的固体。

该研究确定了这种转变的三个清晰特征。首先，空间关联随距离衰减的方式发生了变化。其次，出现了与粘度增加相关的不断增长的特征长度尺度。第三，相邻颗粒之间出现相反的运动，显示出对剪切阻力的发展，这是固体的关键属性。

除了基础物理学之外，该方法还具有重要的实际应用。它有助于改进凝胶、涂料、食品以及水泥和陶瓷悬浮液等工业材料的设计和加工。其中许多系统会从顺畅流动突然转变为堵塞或凝固，从而在制造过程中造成重大挑战。新方法提供了一种更好地预测和控制这些转变的方法，从而提高稳定性、质感和性能。

该技术还可能造福于生物学和医学，在这些领域中，组织、血液和细胞环境通常表现得像部分是液体、部分是固体的材料。了解这些系统何时以及如何变硬可以改进对伤口愈合、疾病进展以及依赖于体内材料稠度受控变化的药物递送系统的研究。