简介：“过冷水”研究取得新成果 ， 研究表明过冷水在结构上不仅相对稳定 ， 而且总是以两种结构同时存在 ， 且水的快速结冻过程可以用来探测暗物质 。
当水足够冷 ， 它就会变成冰 。 但是如果你熟知的看似最明显的物理经验是错的该怎么办呢？如果水仅仅是越变越冷呢？
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自然中的结冰现象
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在适当的条件下 ， 这可能发生 。 它叫做“过冷水” ， 这是一种在冰点之下还保持着液态的水 。 它实际上是两种液体合二为一的产物 。
周四一项发表在《科学》杂志上的研究调查了这一非常状况的性质 ， 并且指出即便是地球上最常见的物质也有许多内容需要我们去了解 。
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【科学|零下液态水，结构二合一，过冷水奥秘与用途的多样性】图解：水承载着生命亦是生活中最常见的物质
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水本身有很多奇怪的性质 。 太平洋西北国家实验室的格雷格·基梅尔与物理学家布鲁斯·凯一起研究了25年的水 ， 他之所以被水所吸引 ， 不仅是因为水本身的广泛熟悉性和多种用途 ， 更因为“但凡有液体流淌之处 ， 水总是其中最奇特的 。 ”基梅尔如是对《逆》说道 。
他们以冰块举例 ， 当水结冰时 ， 它实际上会膨胀并能让冰块漂浮在上面 。 “这颗星球上的进化过程不同正是由冰的可漂浮性造成的 。 ”凯这样同《逆》说 。
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图解：基梅尔对《逆》杂志说：“冷水如何在结冰前到达 ， 这是一个争论激烈的科学议题 。 ”
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但是水转化成冰并不仅仅因为低温 。 当没有晶种或凝结核让水分子开始形成晶体结构时 ， 水的物质形态就不会改变 。 为了防止凝结核的形成 ， 水必须不含杂质（杂质可以形成核点）且保持静止（搅动水分子也可以形成核点） 。
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图解：雪花是水在高空遇凝结核结晶而成
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过冷水为科学家们所熟知 ， 制备过冷水可以为孩子们或在Youtube上做一个不错的科学实验 ， 因为急速的摇动可以猛然为水分子提供凝结核从而使其冻结 ， 同时这也立马免费搞出了一个非常酷炫视觉效果 。
但从结构层面上看 ， 谜团层出不穷 。 液态水在过冷温度下“不仅相当稳定 ， 而且存在于两种结构模体中 。 这些发现解释了一个长期存在的争论 ， 即深过冷水是否总是在水平衡之前结晶 。 答案是：不 。 ”基梅尔在一份新闻声明中说 。
基梅尔告诉《逆》杂志 ， “水分子通过平衡可以在结冰之前‘坐’在那儿 ， 就像水一样 。 ” ， 但在极端低温下水就会开始结冰了 。
“当水温足够低时 ， 结冰就会在百万分之一秒内发生 。 但对到处运动的水分子来说 ， 这已经足够让它们说：‘我已经得到了我想要的结构 ， 我不会改变了 。 ’”
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图解：理解水为什么在结冰时会漂浮就足以说明它是一种奇怪的物质
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基梅尔和凯与博士后科学家洛尼·克林格和卫文特·索恩利合作 ， 采用红外光谱学（即红外辐射与物质相互作用）观察当用激光照射冰块几纳秒制备过冷水时 ， 水分子将如何反应 。 凯将实验开始和停止的过程比作一部“黏土电影” 。
激光实验进行了几次 ， 证明所有的结构性变化都是可逆和可重复的 。
过冷水有多重潜在的用途：科学家认为它的快速冻结过程可以用于探测暗物质 。 基梅尔提出它可以在气候研究方面发挥作用 ， 云覆盖情况在温度研究方面起了重要作用 ， 这“与云如何形成和过冷水在大气中结晶有关 。 ”
他还指出 ， 在特定条件下观察过冷水在一毫秒中发生的变化 ， 这些变化或许能称得上是“奥秘” 。 但考虑到水对人类的重要性 ， 他觉得这一切都值得最大程度的理解 。
“如果冰会不漂浮 ， 江和湖在冬天就会自下而上地结冰 ， 我们现在掌握的捕鱼方式也就不复存在了 。 ”基梅尔说道 。
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冬捕
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摘要：因为由相互博弈的理论所确定的温度和压力数据有限 ， 人们对于水的非寻常性质的基本认识仍模糊不清 。 我们研究了瞬时加热过冷水膜的结构变化 ， 在用快速激光加热的过程中 ， 淬火到70开尔文（K）之前 ， 每次脉冲持续数纳秒 。 在明显结晶之前 ， 水的结构从最初的松弛构型变为了稳定构型 。 在所考察的全温度范围内 ， 所有的结构变化皆可逆 ， 并能通过对高-低温度结构模体的线性组合而重现 。 随着温度从245开尔文下降到190开尔文 ， 具有高温模体的液体分数迅速下降 ， 这与超临界状态下过冷水的两态“混合物”模型的预测一致 。
BY: inverse
FY: 脆茶
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