瀝青如果算作流體，那是不是其他物質也有這種緩慢流動的特性，只是我們察覺不到？

01-08

2013 年初，中國青年報關於「瀝青滴落實驗」的報道：守候世界上最漫長的實驗
2013 年 7 月，攝像機捕捉到瀝青滴落的瞬間：
Pitch tar drop finally falls!視頻

感謝@陳浩的答案。

回答問題：是的。所有物質都有流體的特性。但由於種種原因我們覺察不到。

這本來是流變學第一章緒論的內容。我恰好最近試講做過這門課的PPT。有些圖片可以放上來。

一、瀝青實驗

問題中的瀝青實驗（The Pitch Experiment）網上有很多介紹。問題中的那段介紹太故事性了，我補充一些平實一點的資料，但不詳細解釋了。

1984年 T. Parnell在Eur. J. Phys.上發表了一篇文章描述了這一實驗，題目就是The pitch drop experiment。

Eur. J. Phys. (1984) 198-200. doi:10.1088/0143-0807/5/4/003

截止到那一年為止，一共收穫了6滴，最後一滴是在1979年。根據這六滴的時間，假設瀝青在管子中的流動符合泊肅葉定律，可以估算瀝青的粘度在10^6到10^8 Pa s範圍。

Wikipedia的詞條：Pitch drop experiment

詞條下面的鏈接也是比較有價值的資料。

上一滴在2000年，由於技術原因沒錄下實況。下一滴預計在今年下落。實況直播視頻地址：

The Pitch Drop Experiment

有興趣的朋友可以留意，說不定能親眼看到此過程。

二、物質的流動與形變

這就是@陳浩答案中關於Deborah數的內容，但是可以用一個更好理解說法。實際物質的形變和流動行為到底「像固體」還是「像流體」，取決於作用力的時間。如果作用力時間足夠長，岩石也是流體，證據就是地質學中觀察到的岩層褶皺。

橡皮泥在不同外力作用時間下的行為也不同：

以上這種現象，叫粘彈性（viscoelasticity），概念就是，物質能否流動，要看外力作用的時間。有的物質作用一會兒就流動了，有的物質要作用很長時間才流動，物質自己特有一個特徵時間，所以有Deborah數這一概念。群山在上帝面前流動，是因為上帝沒有壽命問題，也就沒有時間長短的概念。那麼在他眼中，真正是萬物皆流（panta rhei）。

還有一種現象，叫屈服，是說，物質能否流動，跟外力作用時間無關（或說關係不大，因畢竟萬物皆流），而跟外力的大小有關，存在一個臨界的大小，叫屈服應力。

以上這杯東西，靠重力是擠不出來的。加上一個1000g的砝碼，也擠不出來（不是時間的問題）；但加上一個4000g的砝碼，就順利的不斷被擠出來了。它的粘彈性不顯著，但存在一個在1000~4000g之間的屈服應力。

這就造成，區分流體還是非流體，不談外力的大小和作用時間的話是沒有意義的。

我推薦這一視頻：

http://www.youtube.com/watch?v=Ol6bBB3zuGc

順便問問如何給一個視頻加上中文字幕？我想聽譯該視頻後加上中文字幕，將來上課的時候給學生看。

三、玻璃態

很不幸，這個問題又扯到了「玻璃」。我研究的算是這一塊，但我很害怕這個詞。

@陳浩教堂玻璃是謠言。「非晶」太廣了，但金屬的塑性形變跟晶體的位錯有關。所以只能說流不流動跟物態是兩回事。玻璃態也有熱運動但是非常慢，而且也不清楚它想要達到的「平衡態」到低是什麼東西。玻璃態分子熱運動需要牽扯一個很大範圍的協同運動（所以才慢），有外力作用的情況下可以幫助這些協內運動的範圍發生變形，熱運動會加快，所以流動性會有所改善。玻璃也發生屈服，可以流動。但有延遲屈服現象（delayed yielding），所以一定力的作用下，現在沒屈服也不敢說將來不屈服。一切都要看外力作用的大小和時間。所以可以說玻璃能夠流動。但你也可以說，都已流動了，那就是熔化了，就不是玻璃了。在外力作用下熱運動變易，就跟升溫作用下熱運動變易是一回事——都是熱運動變易了。這種變易跟那種變易沒有質的不同，都是布朗運動，所以也是一種熔融，還有個詞叫shear melting，因此死不承認流動的是玻璃也無甚不可。不過，對於膠體玻璃，其熱力學控制參數不是溫度，而是填充體積分數（相當於分子體系的壓力吧），相互作用強度和距離。其在在外力作用下的流動，很難說是shear melting因為它本來就不是因為freezing造成的。因此，一個完整的相圖應該包括體積分數、溫度和外力三個坐標。這就是Jamming圖像的來歷。

但是仍然有很多細節問體。因為玻璃是一個遠離平衡態的非平衡體系，幾乎一切性質都有時間依賴性。所以，並沒有明確的Tg，也沒有明確的phi_{max}和屈服應力。所以實際上並沒有一個很明確的Jamming邊界。最多只能說對於零溫體系，可能存在Jamming的轉變。一個明智的做法是，涉及到玻璃的話，啥都別去界定——至少在目前的認識程度基礎上。一句說，玻璃是不是玻璃，也依賴於觀察時間。

首先修改了題目：液體／固體是物態概念，流體／剛體才是力學概念。

很多人（甚至教科書）認為「非晶固體（如玻璃）是液體」，這是常見的誤解。

至於教堂里的玻璃在重力下變形，更是謠言，這其實是製作和安裝工藝的問題。

闢謠在此： http://en.wikipedia.org/wiki/Glass#Glass_versus_supercooled_liquid http://math.ucr.edu/home/baez/physics/General/Glass/glass.html http://dwb.unl.edu/Teacher/NSF/C01/C01Links/www.ualberta.ca/~bderksen/florin.html

物態上液態與玻璃態之間有一個二階相變，雖然不像固液相變那樣顯著，但是也是物態變化。

微觀結構上，雖然非晶和液體一樣長程無序，但是不具備流動性。

力學上，玻璃彈性比塑性顯著，無法定義粘性。

補充一下，Deborah 數是應力的馳豫時間與過程的特徵時間之比 http://en.wikipedia.org/wiki/Deborah_number

這個名字來自聖經，Deborah 的歌中有一句：The mountains flowed before the Lord

我認為針對 Deborah 數，還可以加一句，The seas froze within a flash.

如果特徵時間足夠長（比如地質演變），剛硬如岩石也應該當作流體來描述。

如果特徵時間足夠短（比如高速撞擊），輕柔如水面也應該當作剛體來描述。

這方面@孫尉翔應該是專家了。

「群山在上帝面前流動」

很多答主已經提到了。搬運一下原文：

The mountains flowed before the lord. --The Song of Deborah

關於晶體非晶體的區分@崔青藍已經描述過了，這個就是「緩慢流動」的本質所在。

所以說雖然你看玻璃晶瑩剔透的，但它不是晶體，因此你可以把玻璃看成是流動極其緩慢的液體。

另外前段時間炒得火熱的「iPhone將使用液態金屬」的傳言（不過至少取卡針已經用液態金屬材料了），那個「液態金屬」其實就是非結晶金屬，也稱「金屬玻璃」。不過這玩意反而比普通結晶態金屬更硬，看起來一點也不「液態」，但是從非晶體「緩慢流動」的本質來說，也可以看做流動極其緩慢的液體。

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如@陳浩所言，玻璃不能說「是」液體，只能說某些層面上「看成是」液體。

那新聞下面有個回復

群山在上帝面前流動

在時間面前都沒有差異吧

2013-1-10 2:54:16 wenrongc

也可以用 Maxwell time ...

引用：「流變學。

群山在上帝面前流動！

材料是固體還是流體，與觀察時間有關，可由Debroah數來描述。The smaller the Deborah number, the more fluid the material appears.」

另一個與瀝青類似的例子是玻璃，幾百年或一千幾百年前的大教堂，現在可以測出每塊玻璃的下面比上面厚。

我記得中學物理書上說，固體分為晶體和非晶體，晶體具有固定的熔點，而非晶體沒有，非晶體可以看作粘滯度非常大的液體。

所以，晶體是固體，而非晶體可以看作液體。

非晶體的微觀結構跟液體非常相似，可以看作是粘滯度極大的液體，所以嚴格來說只有晶體才能叫做真正的固體。

人民教育出版社全日制普通高級中學教材物理第二冊（必修）

玻璃……

玻璃都是緩慢流動的咧~

物質可用連續介質假設，在剪切作用下會產生渦（不斷運動的），而非對抗剪切達到靜態平衡的，就可以用流體作為其物理模型了

因此，判斷某狀態下某物質是不是流體應該以是否抗剪，是否適用連續介質假設作為判據。

俗話說流體不禁搓，一搓就起渦

滴瀝青實驗本質上也是實驗證明了瀝青在該實驗條件下受剪力後無法達到靜態平衡，因此可以認為該實驗條件下的瀝青是流體

蠕變？

只要溫度壓力合適，都可以流起來吧。

彈丸超高速（&>3000m/s）侵徹過程，靶板（混凝土、岩石等）就是看做流體來處理的，雖說是簡化的計算方法，應該有流動現象的。

如果說溫度越高，流動現象越明顯的話，一般情況下的流動現象不過是一個細微的量變吧。

萬物皆流

在我們研究問題的時候，需要考慮一些假設。所謂的固體也會揮發，也會擴散。但由於他們的速率太低了，所以在我們所研究的時間範圍內，可以把他們近似為固體。有些東西由於人類的壽命太有限了，可能我們永遠都不會知道答案