簡(jiǎn)介：“過(guò)冷水”研究取得新成果，研究表明過(guò)冷水在結(jié)構(gòu)上不僅相對(duì)穩(wěn)定，而且總是以兩種結(jié)構(gòu)同時(shí)存在，且水的快速結(jié)凍過(guò)程可以用來(lái)探測(cè)暗物質(zhì)。

當(dāng)水足夠冷，它就會(huì)變成冰。但是如果你熟知的看似最明顯的物理經(jīng)驗(yàn)是錯(cuò)的該怎么辦呢？如果水僅僅是越變?cè)嚼淠兀?/p>

自然中的結(jié)冰現(xiàn)象

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在適當(dāng)?shù)臈l件下，這可能發(fā)生。它叫做“過(guò)冷水”，這是一種在冰點(diǎn)之下還保持著液態(tài)的水。它實(shí)際上是兩種液體合二為一的產(chǎn)物。

周四一項(xiàng)發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的研究調(diào)查了這一非常狀況的性質(zhì)，并且指出即便是地球上最常見(jiàn)的物質(zhì)也有許多內(nèi)容需要我們?nèi)チ私狻?/p>

圖解：水承載著生命亦是生活中最常見(jiàn)的物質(zhì)

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水本身有很多奇怪的性質(zhì)。太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的格雷格·基梅爾與物理學(xué)家布魯斯·凱一起研究了25年的水，他之所以被水所吸引，不僅是因?yàn)樗旧淼膹V泛熟悉性和多種用途，更因?yàn)椤暗灿幸后w流淌之處，水總是其中最奇特的?！被窢柸缡菍?duì)《逆》說(shuō)道。

他們以冰塊舉例，當(dāng)水結(jié)冰時(shí)，它實(shí)際上會(huì)膨脹并能讓冰塊漂浮在上面?！斑@顆星球上的進(jìn)化過(guò)程不同正是由冰的可漂浮性造成的。”凱這樣同《逆》說(shuō)。

圖解：基梅爾對(duì)《逆》雜志說(shuō)：“冷水如何在結(jié)冰前到達(dá)，這是一個(gè)爭(zhēng)論激烈的科學(xué)議題。”

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但是水轉(zhuǎn)化成冰并不僅僅因?yàn)榈蜏?。?dāng)沒(méi)有晶種或凝結(jié)核讓水分子開(kāi)始形成晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，水的物質(zhì)形態(tài)就不會(huì)改變。為了防止凝結(jié)核的形成，水必須不含雜質(zhì)（雜質(zhì)可以形成核點(diǎn)）且保持靜止（攪動(dòng)水分子也可以形成核點(diǎn)）。

圖解：雪花是水在高空遇凝結(jié)核結(jié)晶而成

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過(guò)冷水為科學(xué)家們所熟知，制備過(guò)冷水可以為孩子們或在Youtube上做一個(gè)不錯(cuò)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)榧彼俚膿u動(dòng)可以猛然為水分子提供凝結(jié)核從而使其凍結(jié)，同時(shí)這也立馬免費(fèi)搞出了一個(gè)非?？犰乓曈X(jué)效果。

但從結(jié)構(gòu)層面上看，謎團(tuán)層出不窮。液態(tài)水在過(guò)冷溫度下“不僅相當(dāng)穩(wěn)定，而且存在于兩種結(jié)構(gòu)模體中。這些發(fā)現(xiàn)解釋了一個(gè)長(zhǎng)期存在的爭(zhēng)論，即深過(guò)冷水是否總是在水平衡之前結(jié)晶。答案是：不?！被窢栐谝环菪侣劼暶髦姓f(shuō)。

基梅爾告訴《逆》雜志，“水分子通過(guò)平衡可以在結(jié)冰之前‘坐’在那兒，就像水一樣。”，但在極端低溫下水就會(huì)開(kāi)始結(jié)冰了。

“當(dāng)水溫足夠低時(shí)，結(jié)冰就會(huì)在百萬(wàn)分之一秒內(nèi)發(fā)生。但對(duì)到處運(yùn)動(dòng)的水分子來(lái)說(shuō)，這已經(jīng)足夠讓它們說(shuō)：‘我已經(jīng)得到了我想要的結(jié)構(gòu)，我不會(huì)改變了。’”

圖解：理解水為什么在結(jié)冰時(shí)會(huì)漂浮就足以說(shuō)明它是一種奇怪的物質(zhì)

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基梅爾和凱與博士后科學(xué)家洛尼·克林格和衛(wèi)文特·索恩利合作，采用紅外光譜學(xué)（即紅外輻射與物質(zhì)相互作用）觀察當(dāng)用激光照射冰塊幾納秒制備過(guò)冷水時(shí)，水分子將如何反應(yīng)。凱將實(shí)驗(yàn)開(kāi)始和停止的過(guò)程比作一部“黏土電影”。

激光實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了幾次，證明所有的結(jié)構(gòu)性變化都是可逆和可重復(fù)的。

過(guò)冷水有多重潛在的用途：科學(xué)家認(rèn)為它的快速凍結(jié)過(guò)程可以用于探測(cè)暗物質(zhì)?；窢柼岢鏊梢栽跉夂蜓芯糠矫姘l(fā)揮作用，云覆蓋情況在溫度研究方面起了重要作用，這“與云如何形成和過(guò)冷水在大氣中結(jié)晶有關(guān)。”

他還指出，在特定條件下觀察過(guò)冷水在一毫秒中發(fā)生的變化，這些變化或許能稱得上是“奧秘”。但考慮到水對(duì)人類的重要性，他覺(jué)得這一切都值得最大程度的理解。

“如果冰會(huì)不漂浮，江和湖在冬天就會(huì)自下而上地結(jié)冰，我們現(xiàn)在掌握的捕魚(yú)方式也就不復(fù)存在了?！被窢栒f(shuō)道。

冬捕

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摘要：因?yàn)橛上嗷ゲ┺牡睦碚撍_定的溫度和壓力數(shù)據(jù)有限，人們對(duì)于水的非尋常性質(zhì)的基本認(rèn)識(shí)仍模糊不清。我們研究了瞬時(shí)加熱過(guò)冷水膜的結(jié)構(gòu)變化，在用快速激光加熱的過(guò)程中，淬火到70開(kāi)爾文（K）之前，每次脈沖持續(xù)數(shù)納秒。在明顯結(jié)晶之前，水的結(jié)構(gòu)從最初的松弛構(gòu)型變?yōu)榱朔€(wěn)定構(gòu)型。在所考察的全溫度范圍內(nèi)，所有的結(jié)構(gòu)變化皆可逆，并能通過(guò)對(duì)高-低溫度結(jié)構(gòu)模體的線性組合而重現(xiàn)。隨著溫度從245開(kāi)爾文下降到190開(kāi)爾文，具有高溫模體的液體分?jǐn)?shù)迅速下降，這與超臨界狀態(tài)下過(guò)冷水的兩態(tài)“混合物”模型的預(yù)測(cè)一致。

BY: inverse

FY: 脆茶

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