近日，我校伟德官网下app官方网站呂海寶教授在玻璃态物質本質及其玻璃化轉變研究領域取得進展，相關研究成果以《分子物理與凝聚态物理的定律統一性》（When physics meets chemistry at the dynamic glass transition ）為題，發表在《物理學進展報告》（Reports on Progress in Physics）上。該研究為破解“物理定律能否統一”和“玻璃态物質本質是什麼”兩個世界科學難題提供了部分基礎和尺度力學方法。《物理學進展報告》責任主編評價該成果時說：“論文關于物理定律統一性的研究工作，與電磁定律、萬有引力定律的研究意義類似。”
“物理定律能否統一”是2005年《科學》雜志發布的全世界最前沿125個科學問題之一，而“玻璃态物質本質”被認為是凝聚态物理學最具挑戰的基礎科學問題。
玻璃化轉變源于分子鍊相分離與分子鍊段微相分離的尺度效應
玻璃态是介于結晶态和無定形态之間的一種物質狀态，有人把玻璃态形象地稱為“短程有序，遠程無序”，即從小範圍看，它有一定的晶型排列，從整體看，卻像無定形物質那樣無晶形的排列規律。玻璃态物質沒有固定的熔點，而是在某一溫度範圍内逐漸軟化。常見的玻璃态物質包括絕大多數玻璃、塑料橡膠等。
經典的相變問題，通常隻需要建立其熱力學平衡方程，而玻璃化轉變較為複雜，不僅需要建立熱力學平衡方程，還包括動力學平衡方程以及時空關聯方程。呂海寶教授在研究中發現了玻璃化轉變源于分子尺度與凝聚态尺度的跨尺度效應（标度律），建立了熱力學非平衡态的自由能序參量平衡方程、“有序-無序”熱力學模型及其随機運動概率統計方程，計算獲得約19.5個單體組成的分子鍊段，其熱力學運動達到臨界平衡态；提出了分子糾纏（即協同效應），建立了重整化群論方程，計算獲得了玻璃化轉變的分子糾纏個數是e+1≈3.718，破解了分子與凝聚态臨界躍遷的熵增原理，發現動态玻璃化轉變時分子個數約為72個。
物理化學統一性及其凝聚态尺度常數
進而，基于愛因斯坦質能方程，呂海寶教授建立了能量和體積二元函數的時空關聯方程，發現了分子尺度運動與凝聚态尺度運動的跨尺度效應，破解了“空穴體積假說”，建立了凝聚态尺度常數方程，通過分形疊代方程計算獲得凝聚态尺度常數約為1.501×10-11 J·mol-1·K-1。
基于上述研究工作，呂海寶教授提出了分子物理（化學）與凝聚态物理的物理定律統一性，讨論劃分了分子、凝聚态和宏觀三尺度的平行物理世界，破解了“物理定律能否統一”證明中最令人困惑不解的分子物理（化學）定律統一性，填補了凝聚态物理世界的凝聚态常數空白。
哈工大為論文唯一通訊單位，呂海寶教授為論文唯一作者。
該研究工作得到了國家自然科學基金項目的資助。
論文鍊接：
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6633/ad2b9c
來源：哈工大新聞網
