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科学家造出“最冷”的水,零下45度都不结冰

2018年1月10日 21:00    浏览0次 已有评论(0)

在过冷云彩中的彩虹

你绝对熟悉水的冰点:华氏32度(摄氏0度)。但那不是最冷的水可能。“过冷”水是在这一点以下存在的水。几个实验室的科学家现在已经做出了最冷的水。

一个研究小组的研究人员将他们的液态水冷至230开氏度,另一个开氏温度降至228开尔文,即-50华氏度(-45摄氏度)。这仅仅是科学方法的原因,因为这个“深度过冷”的地区很难用实验来探索。但还有其他一些原因:水对于理解我们生活的这个星球是非常奇怪的,也是非常重要的。它并不总是遵守你在高中学到的规则:它可以在我们自己的大气中低至-31摄氏度(-35摄氏度)的温度下以液体形式存在,并且具有奇怪的特性,在寒冷的气温下。实际上,在这些寒冷的气温周围,它会出现一种奇怪的数学扭结,也被为“奇点”。

然而,什么样的奇点能让水的温度如此低。

这里提醒一下:物理学家简单地使用温度作为一组分子的平均动能。基本上,温度越低,分子四处移动和振动越少。它描述了由物理学家建立的系统中微小粒子集合的行为。

无论这些分子实际上开始“冻结”还是形成晶体,都取决于许其他因素。它需要一个初始晶体或核,形成并开始吸引其他分子。水在低于冰点的温度下更喜欢结晶,但是科学家可以建立防止结晶的系统。一些水的物理性质也不同于其他液体:想象一下当水冻结时水是如何膨胀的,而其他液体通常不会发生这种情况

两支队伍都通过将微小的水滴喷射到真空中,创造出了自己的超级冷水。液滴越小,它们能够在保持液体的同时变得越冷。小液滴也不太可能从外来颗粒结晶。分成更小的部分暴露更多的真空,导致一种奇怪的真空冷却。基本上,降低压力会使表面上的颗粒快速蒸发。这很快从液滴中吸收热量并使其温度急剧下降。测量时,液滴记录了最低的温度。

测量这个温度也很困难。两个实验都使用激光脉冲来测量液滴在真空中行进和蒸发。当他们离开喷嘴时,测量水滴的直径如何变化,给研究人员一个数字,他们可以用一个数学公式变成温度。

至于奇异性,将水分降至228开尔文的团队确实注意到了一些怪异现象:根据水滴中堆积的少量连接水分子的团簇,水似乎同时存在两种不同的密度。计算机建模表明,这个令人惊讶的结果可以解释水的怪异密度行为。

但来自英国卢瑟福阿普尔顿实验室的艾伦索普(Alan Soper)不认为可以得出详细的结论,也许这个团队观察到的变化可能是水结晶的开始。他说:“他们已经清楚地看到了一些东西,这非常有趣,但实际上造成这种情况的原因可能是我们没有直接的答案。”

无论如何,水是重要的。它存在于云层中,在我们的组织中,并且我们需要了解地球上存在的各种现象。


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