¿Cuáles son las preguntas más interesantes para las que no hay una explicación científica a partir de ahora? Aprendiendo y Estudiando para siempre

(Nota: le di un poco más de detalle a esta pregunta en ¿Cuáles son algunos de los conceptos más difíciles de entender para los físicos?)

Una cuestión de física que quizás sea más terrestre es el problema de la transición vítrea . La pregunta que se hace es:

¿Por qué existe el vidrio? ¿Es un sistema que no está en equilibrio o es un líquido o un sólido?

Todavía no podemos explicar el proceso de formación del vidrio con ninguna de las herramientas de la física del estado sólido, la física de muchos cuerpos y la teoría líquida. En términos generales, una buena manera de entender el problema fundamental es la siguiente:

Un sólido ideal es como un baile lento: entras con un compañero, encuentras a tus amigos y vibras alrededor de tu posición inicial en la pista de baile.
Un líquido ideal es como una barra para solteros: intentas bailar con todos en la habitación ( ergodicidad ), olvidas su nombre después de que se termina cada canción ( Markovian ) y el ritmo promedio al que bailas es aproximadamente constante (por ejemplo, [math] T \ propto \ langle v ^ 2 \ rangle [/ math])
Un vaso ideal es como una danza popular de Europa del Este: divide a un grupo grande de personas en subgrupos más pequeños y luego forma círculos dentro de cada subgrupo. Luego baila dentro de su círculo para siempre, aunque puede cambiar de pareja dentro de su círculo. Otra forma de describir un vaso ideal sería decir que puedes mantener a tus compañeros por un tiempo (estás enjaulado ), durante un período de tiempo, recuerdas con quién bailaste ( no Markoviano o Mark-K-step Markovian ) y El ritmo al que bailas no es uniforme. No pude encontrar un buen video del primer tipo de baile (que solo he visto en las representaciones de bailes folclóricos en mi ciudad natal), pero he encontrado algo cercano:
El problema con esta descripción es que:

Existe una transición aparentemente continua entre la fase líquida y la fase de vidrio (el llamado “líquido subenfriado”) que no representa ninguno de los signos de “discontinuidad” en una función de estado [p. Ej., Los saltos de densidad cuando se pasa del agua al hielo. ]
Representa fenómenos que no pueden ser descritos por la mecánica estadística de equilibrio. En particular, las funciones de autocorrelación (y crosscorrelation) subexponenciales de los vidrios y líquidos sobreenfriados pueden generarse por un número infinito de procesos estocásticos: ¿cómo elegimos el correcto? Es estacionario? De no ser así, ¿por qué la medida de Gibbs-Boltzmann pasa de ser “muy bien definida y gaussiana” (por ejemplo, describe el proceso gaussiano de un líquido ideal) a “degenerar”? [0]
En algún régimen de tiempo, la física determinista de muchos cuerpos parece funcionar bien; sin embargo, si observa el sistema el tiempo suficiente, comienza a ver algunas de las características de los líquidos que están mejor descritas por la teoría de la probabilidad y los procesos estocásticos.
Las mediciones estáticas estándar (por ejemplo, factores de estructura) producen resultados que dicen que los lentes se ven como líquidos
Casi cualquier líquido se puede convertir en un vidrio cambiando un parámetro termodinámico (por ejemplo, Temperatura, Presión) lo suficientemente rápido. Debe haber un cierto grado de universalidad en la formación de un vidrio.
El tiempo que se tarda en realizar experimentos con líquidos (p. Ej., Espectroscopia de correlación de fotones o dispersión de neutrones) en líquidos o vidrios sobreenfriados es extremadamente exponencial, más prolongado que el tiempo necesario para realizar experimentos con líquidos en el líquido [0]. Empíricamente, las personas en las comunidades de vidrio y coloide tienden a usar la función de Volger-Fulcher-Tamman para describir ‘cuán superexponencial eres’ – [math] \ tau (T) \ propto \ exp \ left (\ frac {A} {T -T_0} \ derecha) [/ math]
Los experimentos sólidos estándar son casi imposibles ya que el sistema a) responde a perturbaciones microscópicas yb) no responde linealmente

Algunas personas bastante inteligentes de todas las áreas de la física y la química han atacado este problema. Aquí hay una lista no exhaustiva:

Philip Warren Anderson (Premio Nobel) – Cita famosa:

“El problema no resuelto más profundo e interesante en la teoría del estado sólido es probablemente la naturaleza del vidrio y la transición vítrea”.

Giorgio Parisi: inicialmente trabajó en teorías de campos conformes (especialmente en los primeros trabajos de los años 70 en Conformal Bootstrap) y luego resolvió el modelo de Sherrington-Kirkpatrick para un vidrio giratorio (un imán caótico que se asemeja vagamente a un vidrio molecular real) . Ahora se centra mucho en el problema de los vidrios moleculares. [2]
David Chandler (químico) – Uno de los químicos teóricos más destacados. Uno de los cofundadores de (y un gran defensor de) la teoría “dinámica” de las gafas. En esta teoría, efectivamente no hay parámetros de orden estáticos que no dependan de la trayectoria en líquidos supercenfriados que puedan distinguir entre líquidos y líquidos supercenfriados
Peter Guy Wolynes: otro químico teórico / físico en estado sólido. Surgió con la teoría aleatoria de primer orden (RFOT, por sus siglas en inglés) de gafas que vincula algunos de los primeros trabajos sobre gafas de giro con gafas moleculares. Un defensor y fundador de la teoría ‘estática’ de gafas que afirma que existe un parámetro de orden estático
Wolfgang Götze: inventor de la teoría de acoplamiento de modo que utiliza técnicas de teoría de campo para reproducir los resultados de algunos (pero no todos) experimentos con líquidos sobreenfriados
Jean-Philippe Bouchaud – Fundador de Hedge Fund y defensor de los métodos de la teoría de campo en líquidos sobreenfriados.
Michel Talagrand: matemático que introdujo la concentración de medida como una técnica en vidrios giratorios (y hasta cierto punto, vidrios moleculares)

[0] Estoy usando degenerado aquí de la forma en que muchos estadísticos llamarían “degenerada” a la distribución de Cauchy
[1] Para experimentos de dominio de tiempo / tiempo resuelto, no necesariamente para experimentos de resolución de frecuencia
[2] Ha intentado varias veces escribir una teoría de campo para el comportamiento de las gafas. El problema es la existencia de parámetros de orden que dependen del tiempo; él evita esto utilizando el método de réplica, que es aproximadamente una forma de muestrear una distribución condicional. Su artículo teórico de campo más reciente se puede encontrar aquí: Teoría de campo cuantitativa de la transición vítrea. Señalo sus métodos, porque no sería una exageración decir que casi sin ayuda dirige el campo en términos de resultados teóricos y computacionales.