作者：克里斯汀·米德爾頓
編譯：純珍
長期以來，線性和非線性老化的基礎是相同的鬆弛過程，這一假設現在得到了實驗的支持。
比利時奧斯坦德聖彼得和聖保羅教堂的窗戶。舊玻璃窗玻璃的變形通常被錯誤地認為是在重力影響下玻璃的流動
跟隨導遊遊覽歐洲城市，您可能會聽到這樣的故事：古老的大教堂窗玻璃看起來參差不齊，因為數百年來，玻璃已經慢慢流向窗格底部。那個故事只是一個神話；二氧化矽中的這種流動至少需要地質時間尺度。但是玻璃，無論是分子還是其他，都會緩慢地向難以捉摸的平衡狀態發展——這一過程被稱為老化。而且由於它們不平衡，這個過程是非線性的並且依賴於歷史，這使得老化系統的行為難以建模或預測。
然而，與許多物理過程一樣，當玻璃受到足夠小的擾動時，它的響應可以是線性的。在 1970 年代，研究人員提出，這種物質的線性響應可以用現有的理論框架來描述，也可以用來理解其難以捕捉的非線性行為。根據他們的推理，如果兩種狀態下系統演化的背後都有相同的熱重排，那麼應該用同樣的響應函數描述這兩種狀態。但是在非線性狀態下，動力學會減慢，實驗室時間必須被所謂的物質時間所取代，該時間以反映樣品狀態的速率進行。
後來的理論依賴於物質時間框架來連接線性和非線性玻璃老化，儘管這種時間的存在從未被實驗直接驗證過。現在，丹麥羅斯基勒大學的 Birte Riechers 和同事在一種玻璃形成的分子液體中建立了這種聯繫。在進行了一系列仔細測量以確定物質對溫度微小變化的響應後，他們能夠準確地預測其在較大溫度跳躍後的行為，並且沒有擬合參數。
在他們的第一組實驗中，研究人員對一層薄薄的液體進行溫度跳躍，並在每次跳躍後追蹤其演變。他們測量了樣品在 10 kHz 下的電容，作為其構型演變的代表。實驗非常耗時，因為樣品在跳躍後可能需要數天甚至數周才能達到平衡。它們也很精確：珀爾帖元件將溫度波動保持在1 毫開爾文以下，超精密電容電橋使解析度達到百分之一皮卡。
研究人員通過觀察其在小於 1 K 和小至 10 mK 的小溫度跳躍後的演變來確定樣品的線性響應函數。然後他們對該函數進行了測試。圖片中上圖證實了研究人員確實觀察到了線性狀態——溫度的變化（紅色）會導致測量電容（綠色）的比例變化——並證明響應函數（黑色）可以預測樣品的行為。下圖顯示了結合物質時間後的響應函數的預測。較大幅度的溫度振盪使樣品超出了線性範圍，但預測和數據仍然非常吻合。
當溫度上升達到約 2.5 K 時，數據和預測之間開始出現偏差。基於這種行為，研究人員認為該物質可能具有兩種非線性老化狀態：一種是中間狀態，與線性狀態下的鬆弛機制相同；另一種是更極端的狀態，在這種狀態下，其他過程有助於物質的響應。
文章來源：https://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.1.20220329a/full/