玻璃是一種看似簡單的材料，它透明而堅硬，但實際上卻非常複雜和耐人尋味。玻璃從液體轉變為玻璃的過程稱為”玻璃轉變”，其特徵是玻璃的動力學特性顯著減慢，從而賦予了玻璃與眾不同的特性。這種轉變多年來一直是科學界好奇的話題。這過程中特別有趣的一點是”動態異質性”的出現。當液體冷卻並接近玻璃轉換溫度時，其動力學變得更加相關和斷斷續續。

二維液體模型的空間弛豫圖。亮區表示粒子在某個時間間隔內發生明顯移動的位置，而暗區則幾乎沒有發生移動。這張圖揭示了弛豫過程的分形性質，它同時受熱波動和彈性相互作用的影響。圖片來源：Tahaei 等人，2023 年，《物理評論X》（DOI: 10.1103/PhysRevX.13.031034）

在一項新的研究中，研究人員提出了一個新的理論框架來解釋玻璃形成液體中的這些動態異質性。這種觀點認為，這些液體中的弛豫是透過局部重排而發生的，而局部重排又透過彈性相互作用相互影響。弛豫是物理學用語，指的是某一個漸進式物理過程中，從某一個狀態逐漸恢復到平衡態的過程。透過研究局部重排、彈性相互作用和熱波動之間的相互作用，研究人員為這些複雜系統的集體動力學制定了一套全面的理論。

這項研究由洛桑聯邦理工學院的馬蒂厄-懷亞特（Matthieu Wyart）教授與德累斯頓馬克斯-普朗克研究所、法國國家科學院、格勒諾布爾阿爾卑斯大學和德累斯頓系統生物學中心的同事合作完成。這項研究成果現已發表在《物理評論X》上。

研究小組提出了一種”縮放理論”，用以解釋在玻璃態液體中觀察到的動態相關長度的增長。這種相關長度與”熱崩塌”有關，”熱崩塌”是由熱波動誘發的罕見事件，隨後會引發更快的動力學爆發。

這項研究的理論框架也提供了對斯托克-愛因斯坦分解的見解，這是一種液體黏度與顆粒擴散脫鉤的現象。

為了驗證他們的理論預測，研究人員在各種條件下進行了大量的數值模擬。這些模擬證實了他們的縮放理論的準確性及其描述所觀察到的玻璃態液體動力學的能力。

這項研究不僅加深了我們對玻璃動力學的理解，還提出了一種新的方法來解決其他一些複雜系統的特性問題，包括大腦活動或摩擦物體之間的滑動。

“我們的工作將液體中動態相關長度的增長與崩塌式弛豫聯繫起來，這種弛豫在無序磁鐵、顆粒材料和地震等方面得到了很好的研究，”Matthieu Wyart 說。”因此，這種方法在其他領域之間架起了意想不到的橋樑。 因此，我們對崩塌如何受到包括熱波動在內的外在波動影響的描述可能具有更廣泛的意義。”