北京時(shí)間1月11日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，你肯定知道水的冰點(diǎn)是0攝氏度，但這并非水能達(dá)到的最低溫。低于冰點(diǎn)的水名叫“超低溫水”。近日，幾所實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家造出了目前溫度最低的水。
一支研究團(tuán)隊(duì)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(xué)角度來看已經(jīng)很酷炫了，因?yàn)椤俺蜏亍鳖I(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(shí)還會(huì)違背我們在中學(xué)課本上學(xué)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(huì)變得更加奇特。事實(shí)上，在該溫度范圍附近，水便可達(dá)到所謂的“奇點(diǎn)”。
“水究竟能達(dá)到何種形式的奇點(diǎn)，這仍是一個(gè)未解之謎，激發(fā)人們提出了多種互相矛盾的理論?！庇煞ㄌm克福大學(xué)核物理研究所博士生克勞迪亞·高伊（Claudia Goy）帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在論文中寫道。而另一支由瑞典、韓國和日本科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)也許已經(jīng)達(dá)到了這一奇點(diǎn)，并于上周在《科學(xué)》上發(fā)表了論文。
這里要說明的是，物理學(xué)家僅用溫度來描述一群分子的平均動(dòng)能水平?？偟膩碚f，分子的運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)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(xué)家用來描述一群粒子行為的系統(tǒng)。
而這些分子是否會(huì)“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(diǎn)時(shí)很容易形成晶體，但科學(xué)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(shí)體積會(huì)增加，其它液體則一般不會(huì)出現(xiàn)這種情況。
▲圖為一團(tuán)超低溫云呈現(xiàn)的美麗虹彩。
兩支團(tuán)隊(duì)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(shí)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(xiàng)實(shí)驗(yàn)都采用激光脈沖測定液滴在真空中移動(dòng)和蒸發(fā)時(shí)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(gè)數(shù)值，再用數(shù)學(xué)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(jì)放在水滴邊上，輕輕松松地測出溫度”。歐洲非線性光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)室的雷納托·托利（Renato Torre）指出（他并未參與此次研究）。他認(rèn)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(xué)界針對“此類實(shí)驗(yàn)中采用這種測溫方法是否最為可靠”展開探討。
至于奇點(diǎn)問題，成功將水溫降低至228開爾文的團(tuán)隊(duì)注意到了一些奇特現(xiàn)象：水似乎同時(shí)存在兩種密度，具體取決于水滴中相連的幾個(gè)水分子的分布方式。計(jì)算機(jī)模型顯示，這一令人意外的研究結(jié)果也許能解釋水獨(dú)特的密度變化規(guī)律。
意大利羅馬第三大學(xué)的寶拉·加洛（Paola Gallo）在《科學(xué)》的一篇評論中表示，此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)具有重要意義。但英國盧瑟福·阿普爾頓實(shí)驗(yàn)室的艾倫·索博（Alan Soper）則認(rèn)為，該研究無法得出詳細(xì)結(jié)論，且該團(tuán)隊(duì)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(dāng)?shù)亟忉寣?dǎo)致該現(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(xué)家才剛剛起步而已。
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