特拉维夫大学化学学院的研究人员的一项科学发现，为一个长期悬而未决的科学谜团提供了新的视角：流动的液体是如何突然变成坚硬、几乎冻结的材料，而其结构却不改变？这一现象被称为“玻璃转变”，百多年来一直困扰着物理学家。该研究提出了一种新的实验方法来观察这一难以捉摸的过程——通过追踪材料中微小粒子的运动，这些粒子作为微观“传感器”。

该研究由特拉维夫大学化学学院的海姆·迪亚曼特教授和雅艾尔·罗伊希曼教授，以及杜塞尔多夫海因里希·海涅大学斯特凡·埃格尔哈夫教授的研究团队共同进行。这些发现发表在《自然物理》期刊上。

利用胶体模拟转变

研究重点是胶体材料——微观颗粒悬浮液在液体中的悬浮液——被认为是研究玻璃转变的理想模型。当颗粒浓度较低时，系统表现得像普通液体。但随着密度的增加，粒子之间的运动会逐渐相互限制，直到整个系统变得“卡壳”，并获得类似玻璃的非晶固体的性质。

微小的粒子，洞察力大

研究人员的关键创新是利用特别小且高度移动的颗粒嵌入在经历玻璃转变的大颗粒系统中。虽然较大的粒子逐渐失去运动能力，但较小的粒子保持移动能力，使团队能够测量周围介质的变化。

研究人员利用先进的显微镜测量了小颗粒对的协调运动，观察其中一粒粒子沿不同方向和不同距离对另一粒子的运动影响。结果清晰地描绘了一幅画面：在液态中，运动会在流体中传播较远的距离。但当系统接近玻璃态时，这种传播被抑制，系统开始表现为固体，吸收动量而非传递动量。

双分散胶体悬浮液的代表性图像。图片来源：自然物理（2026年）。DOI：10.1038/s41567-025-03140-z

转变的明显特征

研究人员识别出转变的三个明显特征：相关性衰减随距离变化的显著变化;出现了新的特征长度尺度，随着材料粘度增长;甚至邻近粒子之间发生相反运动——这证明了固体具有抗剪力的基本特性。实验结果准确证实了几年前同一团队的理论预测。

超越玻璃：更广泛的影响

研究团队指出，除了对玻璃转变更深入理解的重要性外，这些发现还具有广泛的意义。这种新方法可用于研究凝胶、软材料、活性系统，甚至生物组织——这些区域难以准确定位系统何时停止“流动”并开始凝固。从这个意义上说，微小颗粒作为微观见证，见证液体失去流动特性的瞬间。

Diamant教授总结道：“这项研究的重要性不仅在于识别玻璃转变的新特征，更在于为这一现象整体提供了新的视角。我们的发现表明，玻璃转变不仅仅是粒子运动的逐渐减缓，还伴随着材料中动量从一点传递到另一点的方式发生了深刻变化。

“使用微小示踪粒子作为流体动力探针，使得即使在系统实际停止流动之前，就能研究固体状特性的出现，并可能为研究软材料和复杂系统提供一种新工具，因为液态到固体的转变难以测量。”

Patrick Laermann 等，胶体悬浮液中玻璃转变的涌现特征，《自然物理》（2026）。DOI：10.1038/s41567-025-03140-z

期刊信息：《自然物理》