“玻璃态物质本质”是2005年Science杂志发布的全世界最前沿125个科学问题之一，诺贝尔物理学奖获得者Philip Warren Anderson教授在1995年也指出该问题是凝聚态物理学最具挑战和重要的基础科学问题。但历经70余年理论发展，仍是未解难题。
近日，哈尔滨工业大学吕海宝的研究工作取得了进展，破解了动态玻璃化转变（α玻璃化主转变）难题。相关论文以《When physics meets chemistry at the dynamic glass transition》（分子物理与凝聚态物理的定律统一性）为题发表在《Reports on Progress in Physics》（物理学进展报告，英国IOP出版社，物理类顶级期刊）上。论文被期刊推荐为Key Issue Review（2023年度全年3篇论文入选）。
相比较于经典的相变问题，通常只需要建立其热力学平衡方程；玻璃化转变更为复杂（如非平衡态、非连续、非线性等等），因为它不仅需要建立热力学平衡方程，还包括动力学平衡方程、及时空关联方程（时间函数方程与时空变换）。
研究工作发现了玻璃化转变源于分子尺度与凝聚态尺度的跨尺度效应（标度律），发现了热力学非平衡态的自由能序参量平衡方程，建立了“有序-无序”热力学模型及其随机运动排列组合概率统计方程；计算获得约19.5个单体组成的分子链段，其热力学运动达到临界平衡态。
提出了分子纠缠（即协同效应），建立了重整化群论方程，计算获得了玻璃化转变的分子纠缠个数是e+1≈3.718，破解了分子与凝聚态临界跃迁的熵增原理，即熵变为0时，熵函数值约为2.936 J·mol -1·K -1，对应的概率函数值为e -1。发现动态玻璃化转变时分子个数约为72（19.5×3.718≈72）个。
建立了能量和体积二元函数的时空关联方程，破解了玻璃化转变的动力学方程本构关系，发现了阿累尼乌斯方程与时温等效方程的松弛时间平衡原理，发现了分子尺度运动与凝聚态尺度运动的跨尺度效应，破解了“空穴体积假说”；建立了凝聚态尺度常数方程，计算获得凝聚态尺度常数约为1.501x10 -11 J·mol -1·K -1。
最后，研究工作讨论了分子物理与凝聚态物理的尺度效应、标度律、临界跃迁、量变质变涌现效应等规律，提出了分子物理（化学）与凝聚态物理的物理定律统一性；讨论划分了分子、凝聚态和宏观三尺度的平行物理世界，破解了物理定律能否统一证明中最令人困惑不解的分子物理（化学）定律统一性，填补了凝聚态物理世界的凝聚态常数（ C）空白（如分子动力学的 k B和宏观气体常数 R）。预期为“物理定律能否统一？”这一科学难题（2005年Science杂志发布的全世界最前沿125个科学问题之一）的破解提供了部分基础和尺度力学方法。
需要说明的是，由于研究工作只是作者个人角度的理论上自洽，涉及的力学、数学、物理等多学科交叉知识掌握肤浅和片面，会强烈受限于个人学识不足、同时缺少实验佐证和同行专家的广泛认可，相信会有很大缺陷甚至错误，希望获得批判性建议来进一步学习和思考。
哈工大为论文唯一通讯单位，吕海宝教授为论文唯一作者。
该研究工作得到了国家自然科学基金项目的资助。
玻璃化转变源于分子链相分离与分子链段微相分离的尺度效应
物理化学统一性及其凝聚态尺度常数
论文链接：
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6633/ad2b9c
文章来源：高分子科学前沿
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