設(shè)置
  • 日夜間
    隨系統(tǒng)
    淺色
    深色
  • 主題色

零下45攝氏度:科學家成功造出溫度最低的水

2018/1/11 8:36:45 來源:新浪科技 作者:葉子 責編:小侃

北京時間1月11日消息,據(jù)國外媒體報道,你肯定知道水的冰點是0攝氏度,但這并非水能達到的最低溫。低于冰點的水名叫“超低溫水”。近日,幾所實驗室的科學家造出了目前溫度最低的水。

一支研究團隊成功將液態(tài)水溫度降到了230開爾文,另一支則取得了228開爾文的成績(約合零下45攝氏度)。這單從科學角度來看已經(jīng)很酷炫了,因為“超低溫”領(lǐng)域的研究難度很大。但還不僅于此:水具有奇異的特性,并且對幫助我們了解地球而言意義重大。此外,水有時還會違背我們在中學課本上學到的規(guī)則:地球上的水可以低至零下35攝氏度,卻仍能保持液態(tài)。并且在如此低的溫度下,水的奇異特性還會變得更加奇特。事實上,在該溫度范圍附近,水便可達到所謂的“奇點”。

“水究竟能達到何種形式的奇點,這仍是一個未解之謎,激發(fā)人們提出了多種互相矛盾的理論。”由法蘭克福大學核物理研究所博士生克勞迪亞·高伊(Claudia Goy)帶領(lǐng)的研究團隊在論文中寫道。而另一支由瑞典、韓國和日本科學家組成的團隊也許已經(jīng)達到了這一奇點,并于上周在《科學》上發(fā)表了論文。

這里要說明的是,物理學家僅用溫度來描述一群分子的平均動能水平。總的來說,分子的運動和振動越少,溫度就越低。因此這并不等同于北極圈中的刺骨低溫,而是一種物理學家用來描述一群粒子行為的系統(tǒng)。

而這些分子是否會“凍結(jié)成冰”、或形成晶體,還要取決于其它因素。需要先形成凝結(jié)核,隨后逐漸吸引其它分子。水在低于冰點時很容易形成晶體,但科學家可以通過特殊系統(tǒng)避免形成結(jié)晶。此外,水還擁有一些與其它液體不同的特性,比如在結(jié)冰時體積會增加,其它液體則一般不會出現(xiàn)這種情況。

▲圖為一團超低溫云呈現(xiàn)的美麗虹彩。

兩支團隊均通過將微型液滴噴入真空中來制造超低溫水。液滴越小,能夠維持液態(tài)的最低溫度就越低,結(jié)晶的可能性也越低。通過減小液滴體積,更多液體可以暴露在真空中,產(chǎn)生特殊的真空降溫現(xiàn)象。簡單來說,降低壓力可使表面粒子迅速蒸發(fā),從而帶走液滴熱量,實現(xiàn)快速降溫。測溫結(jié)果顯示,這些液滴的溫度極低。

而測定溫度同樣困難。兩項實驗都采用激光脈沖測定液滴在真空中移動和蒸發(fā)時的溫度。通過分析水滴離開噴嘴前后的直徑變化,研究人員可得到一個數(shù)值,再用數(shù)學公式轉(zhuǎn)化為溫度。

這看上去像是繞了彎路,但“你不可能把溫度計放在水滴邊上,輕輕松松地測出溫度”。歐洲非線性光譜學實驗室的雷納托·托利(Renato Torre)指出(他并未參與此次研究)。他認為,研究人員使用的測溫方法能夠支持其研究結(jié)論。此外他還猜測,這也許能引發(fā)科學界針對“此類實驗中采用這種測溫方法是否最為可靠”展開探討。

至于奇點問題,成功將水溫降低至228開爾文的團隊注意到了一些奇特現(xiàn)象:水似乎同時存在兩種密度,具體取決于水滴中相連的幾個水分子的分布方式。計算機模型顯示,這一令人意外的研究結(jié)果也許能解釋水獨特的密度變化規(guī)律。

意大利羅馬第三大學的寶拉·加洛(Paola Gallo)在《科學》的一篇評論中表示,此項實驗具有重要意義。但英國盧瑟?!ぐ⑵諣栴D實驗室的艾倫·索博(Alan Soper)則認為,該研究無法得出詳細結(jié)論,且該團隊觀察到的變化也許正是水開始結(jié)晶的跡象?!八麄兊挠^察結(jié)果很有意思,”他說道,“但我們也許無法直截了當?shù)亟忉寣е略摤F(xiàn)象的原因?!?/p>

無論如何,水的重要性不言而喻。天上的云、人體組織……水可謂無處不在。要理解地球上的各種現(xiàn)象,也與水脫不了干系。而在探索水的極限之路上,科學家才剛剛起步而已。

廣告聲明:文內(nèi)含有的對外跳轉(zhuǎn)鏈接(包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式),用于傳遞更多信息,節(jié)省甄選時間,結(jié)果僅供參考,IT之家所有文章均包含本聲明。

相關(guān)文章

關(guān)鍵詞:,晶體,彩虹
  • 日榜
  • 周榜
  • 月榜

軟媒旗下網(wǎng)站: IT之家 最會買 - 返利返現(xiàn)優(yōu)惠券 iPhone之家 Win7之家 Win10之家 Win11之家

軟媒旗下軟件: 軟媒手機APP應(yīng)用 魔方 最會買 要知