一位科学家回答了理论玻璃物理学中一个长期存在的问题：对于一个本质上处于非平衡状态的系统，作为一个序参量意味着什么？从第一原理出发，这位科学家重新审视了平衡的含义，并得出结论，玻璃的序参量只不过是原子的时间平均位置。
几个世纪以来，人类在艺术、工具和技术中利用玻璃。尽管这种材料无处不在，但其许多微观性质仍然尚未很好理解，并且它依然难以用传统物理进行描述。
进入大阪大学的白井公。 在《基础》杂志发表的一篇文章中，白井将传统物理理论与非平衡材料的研究结合起来，为玻璃的热力学提供了一个坚实的描述。
大多数材料处于平衡状态，这意味着材料原子上的力和力矩处于平衡。然而，玻璃则是一个著名的例外：它们是无定形固体材料，其原子始终在重新排列，尽管非常缓慢，朝向一个平衡状态，但并不处于平衡状态。
白井说：“如果比较玻璃和晶体的原子结构，它们实际上是非常不同的。晶体的原子排列在整齐的晶格中，而玻璃的原子则更加无序，类似于液体。因此，传统上人们认为玻璃是以非常缓慢的速度流动的非平衡液体。”
这种缺乏平衡状态的特性对几代物理学家提出了重大挑战。由于玻璃在技术上并不处于平衡状态，因此标准的热力学定律不适用于它们，导致分析变得困难。
白井解释说：“在热力学中，系统通常通过称为序参量的变量进行表征。序参量可用于描述材料处于什么状态或其接近变化状态的程度。然而，矛盾的是，玻璃本质上是无序的，那么我们如何在这些材料上有意义地定义这样的参数呢？”
为了解决这个问题，白井不得不重新定义“平衡”的含义：在他的框架中，材料处于平衡状态是指无法从中提取能量而不影响其周围环境。从这个角度来看，玻璃实际上处于平衡状态，并且通过一些修改，热力学的工具可以适用。
白井说：“可以证明，序参量无非是原子的时间平均位置。通过这种方式，我们可以将玻璃的热力学描述与其他固体材料（例如晶体）的描述统一起来。”
白井相信，这种新形式将有助于阐明通常被归类为非平衡的其他材料的物理学，例如生物系统。得益于他的研究，我们可能很快就能对其他非周期和复杂材料有一个完整的热力学描述。
