物理学家 150年后，物理学家终于解决了这个沙雕问题( 二 )
海姆团队精心构建分子尺度的毛细管，将云母和石墨的原子级薄片晶体叠放起来，每层之间用窄条石墨烯隔开。用这种方法，团队制造了不同高度的毛细管，包括只有一个原子高的毛细管——刚好足以容纳一层水分子，这是可能的最小结构。
文章插图
实验装置示意图 图片来源：Nature 588， 250–253实验结果显示，在分子尺度上，开尔文方程仍然是毛细冷凝现象极佳的定性描述。这和预期相矛盾，因为水的特性预计会在1纳米的尺度上变得更加离散。在这种情况下，毛细管产生了微观变化，从而抑制了可能导致方程式崩溃的任何其他影响。
自然的巧合
论文合著者杨前（Qian Yang）表示：“这让人大吃一惊。我原本期待传统物理学会彻底崩溃，但以前的方程仍然适用。我有些失望，但也对解开科学上的百年之谜感到兴奋。无数的凝结效果和相关特性都得到了有力的证据支持，而不是凭直觉——‘寻思着能行，就用原来的公式进行计算’。”
曼彻斯特的研究人员认为，虽然发现开尔文方程仍然定性有效，但这完全是偶然的。在环境湿度下，毛细冷凝涉及的压力超过1000巴（1巴=100000帕），比海底最深处的压力还要高。这样的压力导致毛细管产生几分之一埃（1埃=0.1纳米）的形变，足以在其中紧密容纳数个分子层。这种微观调整抑制了相约性效应（commensurability effects），导致开尔文方程仍然定性成立。
海姆表示：“好的理论往往超出其适用范围，开尔文勋爵是一位伟大的科学家，不过即使是他，也会对他的理论在原子级尺度仍然适用感到惊讶——这理论最初考虑的是毫米尺度的管子。实际上，在开尔文开创性的论文中，他认为在这个尺度他的理论不再适用。所以，我们的工作同时证明了他既是对的，又是错的。”
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