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零下45摄氏度:科学家成功造出温度最低的水

【字体:   2018-01-12 15:05:20   来源: 新浪科技  

据国外媒体报道,你肯定知道水的冰点是0摄氏度,但这并非水能达到的最低温。低于冰点的水名叫“超低温水”。近日,几所实验室的科学家造出了目前温度最低的水。

一支研究团队成功将液态水温度降到了230开尔文,另一支则取得了228开尔文的成绩(约合零下45摄氏度)。这单从科学角度来看已经很酷炫了,因为“超低温”领域的研究难度很大。但还不仅于此:水具有奇异的特性,并且对帮助我们了解地球而言意义重大。此外,水有时还会违背我们在中学课本上学到的规则:地球上的水可以低至零下35摄氏度,却仍能保持液态。并且在如此低的温度下,水的奇异特性还会变得更加奇特。事实上,在该温度范围附近,水便可达到所谓的“奇点”。

“水究竟能达到何种形式的奇点,这仍是一个未解之谜,激发人们提出了多种互相矛盾的理论。”由法兰克福大学核物理研究所博士生克劳迪亚·高伊(Claudia Goy)带领的研究团队在论文中写道。而另一支由瑞典、韩国和日本科学家组成的团队也许已经达到了这一奇点,并于上周在《科学》上发表了论文。

这里要说明的是,物理学家仅用温度来描述一群分子的平均动能水平。总的来说,分子的运动和振动越少,温度就越低。因此这并不等同于北极圈中的刺骨低温,而是一种物理学家用来描述一群粒子行为的系统。

而这些分子是否会“冻结成冰”、或形成晶体,还要取决于其它因素。需要先形成凝结核,随后逐渐吸引其它分子。水在低于冰点时很容易形成晶体,但科学家可以通过特殊系统避免形成结晶。此外,水还拥有一些与其它液体不同的特性,比如在结冰时体积会增加,其它液体则一般不会出现这种情况。

图为一团超低温云呈现的美丽虹彩。

图为一团超低温云呈现的美丽虹彩。

两支团队均通过将微型液滴喷入真空中来制造超低温水。液滴越小,能够维持液态的最低温度就越低,结晶的可能性也越低。通过减小液滴体积,更多液体可以暴露在真空中,产生特殊的真空降温现象。简单来说,降低压力可使表面粒子迅速蒸发,从而带走液滴热量,实现快速降温。测温结果显示,这些液滴的温度极低。

而测定温度同样困难。两项实验都采用激光脉冲测定液滴在真空中移动和蒸发时的温度。通过分析水滴离开喷嘴前后的直径变化,研究人员可得到一个数值,再用数学公式转化为温度。

这看上去像是绕了弯路,但“你不可能把温度计放在水滴边上,轻轻松松地测出温度”。欧洲非线性光谱学实验室的雷纳托·托利(Renato Torre)指出(他并未参与此次研究)。他认为,研究人员使用的测温方法能够支持其研究结论。此外他还猜测,这也许能引发科学界针对“此类实验中采用这种测温方法是否最为可靠”展开探讨。

至于奇点问题,成功将水温降低至228开尔文的团队注意到了一些奇特现象:水似乎同时存在两种密度,具体取决于水滴中相连的几个水分子的分布方式。计算机模型显示,这一令人意外的研究结果也许能解释水独特的密度变化规律。

意大利罗马第三大学的宝拉·加洛(Paola Gallo)在《科学》的一篇评论中表示,此项实验具有重要意义。但英国卢瑟福·阿普尔顿实验室的艾伦·索博(Alan Soper)则认为,该研究无法得出详细结论,且该团队观察到的变化也许正是水开始结晶的迹象。“他们的观察结果很有意思,”他说道,“但我们也许无法直截了当地解释导致该现象的原因。”

无论如何,水的重要性不言而喻。天上的云、人体组织……水可谓无处不在。要理解地球上的各种现象,也与水脱不了干系。而在探索水的极限之路上,科学家才刚刚起步而已。

作者: 12_anhuizhan
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