ガラス特性の定説、覆る可能性

「中世の教会を飾るステンドグラスは下部ほど厚い」。化学の授業ではその理由を、ガラスが長い時間をかけて液体の
ように下方へ流動するからだと習う。ところが最近、ガラス形成の仕組みに関する基礎研究を行っていたグループが、
類似した特性を持つ琥珀（こはく）の分子構造について、数千万年の間ほとんど変化しないという事実を突き止めた。

アメリカ、バーモント州クエッチーの吹きガラス工房、サイモン・ピアース（Simon Pearce）。
Photograph by Carl D. Walsh, Aurora Photos/Corbis

　研究結果を発表したのは、アメリカのテキサス工科大学教授で、化学工学が専門のグレゴリー・マッケナ（Gregory
McKenna）氏の研究グループ。マッケナ氏によると、「2000万年間の密度変化は、わずか2.1％だった」という。

◆琥珀はガラスと同じ非晶質

　木の樹脂が化石化した琥珀は、規則的な原子配列が見られない非結晶性の物質（非晶質）だ。

　アメリカ、ウィスコンシン大学の実験化学者マーク・エディガー（Mark Ediger）氏によると、「水晶のような結晶性の物質
（結晶質）では、すべての原子が規則正しく配列しているので一部分の性質がわかれば全体を推測できる。それに
対してガラスのような非晶質には、規則性がほとんどない」という。

　同じ非晶質の琥珀の特性には類似点が多く、ガラスの研究に応用されることになった。

　マッケナ氏らの主要な研究テーマは、“ガラス転移”という現象である。特定の温度に達した物質が、ゴムのように
柔らかい状態から硬くて割れやすい状態へと急激に変化する現象で、長年研究されているが未解明な点が多い。
例えば、状態変化する際に急速に流動性を失う理由などは、依然解明されていないという。エディガー氏は、「どの
ように考えるのが最善なのか見当がつかない」と語る。

◆広義の"ガラス"

　ガラスと言えば、ケイ酸塩を主原料としている窓などに使われる透明な物質を思い浮かべるだろう。科学の分野では、
より広く非晶質（アモルファス）の固体はすべてガラス状態と見なされる。その意味では、プラスチックも金属もガラスに変化
させることができる。

　マッケナ氏らはガラス転移現象に関する理解をより深めるため、2000万年前のドミニカ産琥珀でいくつかの実験を
行った。

　その1つが応力緩和実験で、棒状の琥珀にさまざまな温度下で引張応力を加え、その間に琥珀が元の状態に
戻ろうとする力が減少する割合を測定する。琥珀内の分子の振舞いに関する手掛かりが得るのが目的だ。

　琥珀棒にひずみを与えるためには一定の力が必要となるが、力が消失するまでの時間を測定すれば、琥珀内の
分子がどの程度素早く移動できるかがわかるとエディガー氏は説明する。

　物質がガラス状態に固化するときの温度は、その物質が過去にどの程度の時間をかけて冷却されたのかに依存する
傾向がある。何千年も前の琥珀を使うと、常温下でしかも緩慢にガラス転移現象を起こすことができるのだという。

　時間をかけて冷却された物質ほどガラス状態に変化する温度は低くなる。ただエディガーの説明によれば、「10倍の
時間をかけて液体を冷却したとしても、固化する温度はごくわずか低くなるだけだ」という。

　2000万年前の琥珀に着目した理由がここにある。いわば膨大な時間をかけて冷却されたガラスであり、実験室で
再現することは到底できない。

「固化する温度は相当低い。通常の琥珀であればガラス状態にある常温下でも、液体の状態にすることができる。
この物質が持つさまざまな特性を解明できれば、ガラスが形成される仕組みについてより多くの知見を得ることができる
だろう」。エディガー氏はそう語る。

>>2辺りに続く

Ker Than/National Geographic News May 16, 2013
http://www.nationalgeographic.co.jp/news/news_article.php?file_id=20130515004

◆研究は続く

　マッケナ氏らの研究グループは既に、今回よりさらに古い2億2000万年前、三畳紀の琥珀を使って同様の
実験を行う準備を進めている。

「まだ初期段階にすぎないが、結論を得るまで続ける決意だ」とマッケナ氏は語る。

　今回の研究結果は、「Nature Communications」誌オンライン版に4月30日付けで掲載されている。

Using 20-million-year-old amber to test the super-Arrhenius behaviour of glass-forming systems
Jing Zhao, Sindee L. Simon & Gregory B. McKenna
Nature Communications 4, 1783 doi:10.1038/ncomms2809
http://www.nature.com/ncomms/journal/v4/n4/full/ncomms2809.html

関連ニュース
【物質科学】JASRIなど国際チーム、SPring-8を使用してガラスがガラスたる理由を解明 画像あり
http://toki.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1314539769/-100
【豪州】世界最長の実験「ピッチドロップ」、まもなく決定的瞬間か 画像あり
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/news5plus/1367390111/-100

壊れそうな物ばかりぃ集めてしまうよ～～～

数万年単位の変化を見るなら今の時代に必要ない

さっぱり解らん
誰か３行でまとめてくれ

>>7
今までのは間違いでした
ごめんね
テヘペロ

尾崎豊は人間のクズまで読んだ

(1)ガラスは個体だが液体のような性質を持つ。
(2)ガラスと同じと思われていた琥珀は液体の性質を持たない。
(3)ああ、不思議だ。
ということ。

要は、気体、液体、個体という相より、もっと細かな相転移があるだろう
ということだ。

長期的には液体のように振る舞うと言われているのはマントルとか氷河とかもだけど、そっちはちゃんと研究されてるのか

まあ、Tgについてはややこしいのは理解してる。

>>10
ガラスと琥珀が全く同じ性質のものでなければ比べる意味ないよな
それの証明のほうが先決では？

>>13
「全く同じ」でなくとも比べる意味あるでしょ。
「相」という見地から、両者がどのように同じなのか、違うのかを知るのは重要。

＞「中世の教会を飾るステンドグラスは下部ほど厚い」

昔のガラスは強度が弱かったのであえて下部を厚くした
今のガラスは多少物をぶつけても割れないが　昭和時代のガラスはよく割れていた

空気に液体の考え適用したら
様々なことに説明がついた。

と似たようなことになんの？(´・ω・｀)

ガラスーなぜ泣くのー

冗長な記事を一言で言うと、俺たちの戦いはこれからだ！っていうこと？

>>11
マントルの細かい動き見るのはなぁ、難しいんじゃないか？

誰かガンダムで例えてみてくれよ

> 「中世の教会を飾るステンドグラスは下部ほど厚い」。

これ超有名な「ウソ」じゃん。

> 下方へ流動するからだと習う。

習わねーよ

>>1を心眼で読むと
ガラス状態にも過冷却があるということか

ミスった。正確には「下方へ流動するから」の部分が嘘。

習った記憶がないな

琥珀の古さと冷却期間の長さは違うのでは？
ゆっくり冷えた2000万年前の琥珀と
急速に冷えた2億年前の琥珀を比べているのではないと？

>>21
ステンドグラスを作るときにガラスの厚い方を下にするんだっけ？

どうせ中学生が割る

逆に考えるんだ
下部が分厚い作りだったからこそ今の時代まで残った、と考えるんだ

意味が分からない

類似した特性であっても組成は全く違う

人類の及ばない時間を利用した乞食研究

まず銀化ローマングラスについて解明してくれ

海の恵みの銀化ビン
http://chikyu-to-umi.com/kaito/bin/bin.htm
古代ガラスの銀化について／銀化ガラス
http://www.g-orion.com/orient-p0.html
古代ガラス・銀化ローマングラス・古代とんぼ玉などの販売
http://www.pandamo.net/pandamo-ginka.htm

>>20
シャア専用ザクは3倍の性能と思っていたら
スペックは普通のザクと同じで
パイロットの技量による性能差だった

>>32
マジかよ。
えらいこっちゃな・・・

尾崎豊は人間のクズまで読んだ

東大だか京大だかの地下でやってる、
大理石の変形を長期にわたって観測している実験にも影響でそうですかね？？？

尾崎さんは割ってません

マジか

>>1
嘘をつくな高卒!

要するに、琥珀をうにょーんと引っ張る実験なのね。
ガラス状態だと引っ張っても伸びないけど、温めて液体状態になるとうにょーんと伸びる。
大昔の琥珀は常温でもものすごくゆっくりながら伸びるから、実験に最適だ、と。

…ふつうの琥珀あっためて使っちゃだめなの？？

寒天培地を垂直に立てて色々培養してるけど数週間で下部が厚くなるよ

どこかでガラスの流動性を調べるため何百年も何世代にもわたって測定している研究所なかったっけ？

>>15
ステンドグラスはガラスの破片を銀線で囲って半田付けするから下だけ厚くするのは難しいよ

分かりやすく例えると
オレンジジュースと水は同じ液体なのに
オレンジシュースを逆さにしても零れないのは何で？
これは液体全体に未知の作用があるのでは？と言う話
あくまでもたとえ話だからつっこみはなしよ

>>1の意味がわからんのだけど
要は似た特性を持つ琥珀が数千万年の間ほとんど変化しないから
ガラスもほとんど変化しない可能性があると言ってるわけなのか？

つまり数百年前のシャンデリアが滴りだしてるのとか
ステンドグラスが変形してるのは
別の要因がある可能性だと言いたいのだろうか

>>44
> 数百年前のシャンデリアが滴りだしてる

ソレ本当？

ガラスって粘度の超糞高い液体ってのが定説だったの？

>>46
おれはずっとそう思ってた
ていうかディスカバリーで見た
もしかしたらナショジオだったかも

>>1
> その意味では、プラスチックも金属もガラスに変化させることができる。

つまり女風呂の壁も頑張れば不可能ではないということだな！すごいな！

>>48
仮にガラスに変わったとしても
クスクス笑われたら泣くだろう
憐れみの目で見られたら生きてさえ居られない
だから風呂場の壁はガラスになってはいかんのだ

>>48
ガラスに成るかもしれないが
透明だとは限らない。