玻璃在咱们生活中是比较常见的，不透气，并且具有一定的透明度。但是玻璃到底是怎么形成的？

　　玻璃有形状且坚硬，具有固体的属性。但奇怪的是其原子排列方式却与液体的无序排列如出一辙。

　　众所周知，固体有固定的形状，液体没有确定的形状；此外，一部分固体拥有组织非常严密的原子结构，原子有规则地、周期性排列，而且这种规则有序的结构比较稳定。相比之下，液体中的原子排列则较为混乱，它们不规则聚集在一起，原子的位置不断变化。

　　而玻璃有形状且坚硬，具有固体的属性。但奇怪的是其原子排列方式却与液体的无序排列如出一辙。也就是说，从表面上看，玻璃更像是固体，但内部原子排列却很像液体。

　　在玻璃从液体转变为类似固体的玻璃态的过程中，我们遇到了一种奇怪的现象——类似液体原子那种不规则的排列被神奇地固定了下来。

　　除了玻璃到底是固体还是液体傻傻分不清外，玻璃从液体转变为类似固体的玻璃态的过程也令人摸不着头脑。美国华盛顿大学圣路易斯分校物理学家肯尼斯·凯尔顿表示：“4000年前，生活在美索不达米亚的人就开始使用玻璃，但我们至今仍不完全了解液体如何变成玻璃的过程。这是最有趣的动力学过程之一。”

　　一些材料从液体变为固体时，其原子会以高度规则的模式进行排列，这种排列被称为“晶格”。也就是说，这些物质处于液体状态时，原子可以自由移动，然后在某个时刻原子会突然发现自己被困住了，于是一种有规则的晶格排列就形成了，这个过程被称为“晶化”。钢水在冷却变为固体钢的过程中，就发生了这种变化。

　　但是从炽热的液体转变为玻璃的过程中，不断运动的玻璃原子并没有突然被困住，而是随着温度的下降速度逐渐放缓，最终这些原子仍呈现类似液体的那种不规则排列。换句话说，在玻璃身上我们遇到了一种奇怪的现象——类似液体原子那种不规则的排列被神奇地固定了下来。

　　1959年，美国芝加哥大学的科学家科恩等提出了自由体积理论。该理论认为液体中存在着许多原子排布所必需体积之外的多余体积，这些体积可以无需附加能量而重新分布，因此被称为自由体积。随着液体温度的降低，原子所拥有的自由体积逐渐降低，当自由体积降低到某个临界值以下时，玻璃即形成。但如何严格定义并对自由体积加以测量实际上做不到。

　　20世纪80年代出现的模态耦合理论被认为是描述玻璃转变最有用的理论。模态耦合理论的物理图像可以归结为“笼子效应”：液体中的每个粒子都位于由其近邻粒子所形成的笼子里，笼子的寿命随温度的降低而增加。温度接近某个临界温度时，笼子的寿命将趋于无限大。在具有高流动性能的液体中，粒子除了在笼子中做常规的振动和随机“游动”外，其所在的笼子位置也同时随着周围粒子的重排而改变，即粒子除了在笼子中振动外，还将改变其所在的笼子作随机扩散运动。当温度低于临界温度时，笼子的寿命无限大，使得液态冻结成玻璃时，因为笼子的囚禁和限制，其粒子的无序排列状态被保存下来。

　　除了这些理论之外，科学家们在试验中也对这个问题有一些发现。美国物理学家凯尔顿及其团队进行的早期实验显示，原子以有序结构聚集在一起可形成岛状物。这些岛状物似乎可以阻止液体变成固体，让液体原子保持一种较为混乱的状态。但对于岛状物如何发挥作用或者是否所有玻璃中都存在这种现象，研究人员并没有达成一致。