大家也許都有這樣的經驗：在溫暖的夏天，橡皮筋十分柔軟，彈勁十足，到了冬天橡皮筋等橡膠製品就變得硬邦邦的，甚至溫度極低時，橡膠會變得很脆，容易發生破裂。
常溫中的橡膠球對比液氮中（-196℃）的橡膠球
這個司空見慣的現象背後到底有什麼科學原理呢？來和小編一起看看吧~
窺探橡膠內部
要回答為什麼溫度高時橡膠更有彈性，溫度低時變得很脆，首先我們要知道橡膠到底是個什麼東西。
橡膠是由無數條呈長鏈狀的高分子構成的，每個鏈之間相互交聯在一起，靠著相互作用牽纏著。
常溫下，當我們對橡膠製品施加外力時，雖然每個完整分子鏈的形態與分子鏈之間的位置不會發生太大變化，但分子鏈局部的各個小鏈段的形態和它們之間的相對位置卻會隨之改變。每個鏈段微小的移動與變化在宏觀上就表現為橡膠被拉伸或被壓縮。
分子鏈局部鏈段的運動
通常，在不刻意破壞的情況下，這種形狀改變是可逆的，一旦外力釋放，內部各個鏈段的形態和相對位置就會恢復成之前的樣子，橡膠宏觀上的形狀也會隨之恢復。
橡膠這種可以輕易被改變形狀又能很快自己恢復成原狀的性質就是我們日常生活中所說的既柔軟又彈力十足。
不過當溫度降到非常低時，情況就不一樣了。
低溫時，構成橡膠的鏈狀分子就像是被“凍結”了一樣，被施加外力時，鏈段幾乎不會發生形狀和位置的變化，老老實實地固定在各自的位置上。
不過，構成橡膠的每個分子鏈上還具有更微小的結構，比如構成長鏈的每個單體分子和更小的原子。
當處於低溫的橡膠受到外力時，雖然分子鏈上局部的鏈段不會再發生變形和位移，但每個鏈上的各個原子平均地來看會稍稍偏離自己原來的位置（原子在不停振動，位置不固定，因此用平均位置來描述），只不過這種振動並不會在宏觀上明顯地改變橡膠的形狀。
如果我們把構成橡膠的原子比作操場上的小朋友，溫暖時，橡膠內部的分子就像一群手拉手在操場上跳集體舞的小朋友，具有一定的秩序，但是可以相對自由地運動。從航拍的視角看，由這些小朋友形成的整體一會兒大，一會兒小。
手拉手跳集體舞的小朋友
而低溫下，橡膠內部的分子就像是在操場上排著整齊隊伍做廣播體操的小朋友，每個小朋友可以在自己的位置上運動，卻不能自由地跑來跑去。
整體上看，這些小朋友形成了一個方陣，無論每個小朋友做廣播操的動作多誇張，只要他們在各自的位置附近，即便稍有偏離，也不會對整個方陣的大小、形狀產生顯著的影響。
在原地做廣播操的小朋友
講到這裡，想必大家已經明白了橡膠軟硬程度與溫度的關係。
溫度可以控制橡膠內部分子和原子的運動模式，就如同一個無形的指揮官。
溫度較低時，只有原子被允許在各自的位置附近發生微小的偏移；溫度較高時，不光原子可以，分子鏈上一些局部的鏈段也可以發生形狀的改變與位置的偏移。隨著溫度升高，橡膠內部各微觀結構被允許的運動模式不斷增加，運動的範圍與劇烈程度也不斷增大。這個過程在宏觀上就表現為堅硬的橡膠變得越來越柔軟，直到最終變成黏糊糊的狀態，形狀越來越容易被改變。
但是如果溫度再高時，分子鏈自身的形變和分子鏈之間的運動也被解鎖了，這時橡膠就會像化掉一樣，變成黏稠的流體。
隨溫度“性情大變”
科學家們根據橡膠隨溫度“性情大變”的性質給橡膠劃分了三個不同的狀態：玻璃態、高彈態、粘流態。
溫度極低時，橡膠處於玻璃態，正如它的名字一樣，此時的橡膠又硬又脆，難以變形且很容易斷裂。
當溫度升高，超過某一特殊的溫度時，橡膠轉變成高彈態，變得柔軟、彈性十足，這便是我們最熟悉的橡膠的樣子。這個特殊的溫度叫做玻璃化轉變溫度，或玻璃點。
非晶態聚合物的溫度——形變曲線
如果溫度再高，橡膠就會漸漸熔化掉，難以維持原有的形狀，變成十分粘稠的流體，如同蜂蜜一般，這個狀態叫粘流態。
橡膠顆粒加熱後變成粘流態
除了橡膠之外，許多非晶態聚合物也具有類似的特點，這種隨溫度“性情大變”的特性也廣泛地被應用在生活中。
手機殼、電器外殼、一些傢俱常常會有一層又硬又脆的聚合物塗層，即便溫度較高時也依舊保持原狀，這就要求人們在設計這種材料時要保證它的玻璃化轉變溫度足夠高，不容易變成高彈態。
而汽車輪胎就要同時保證材料的玻璃化轉變溫度足夠低，粘流溫度足夠高，這樣輪胎才能既不在寒冷的冬天開裂，又不會在炎熱的酷暑化掉，保證了行車安全。
從小小的橡皮筋，到生活中各種必不可少的聚合物製品，沒想到生活中一個被我們忽略的小現象，竟然藏著如此深奧的科學原理。
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