过冷水中存在关键临界点
发布时间: 2026-04-06 18:15:02
科技日报北京3月30日电（记者张佳欣）瑞典斯德哥尔摩大学领导的研究人员借助X射线激光发现，在约-63℃、1000个大气压的过冷条件下，水中存在一个关键临界点，而这可能正是水诸多“反常”物理性质的根源。相关成果发表于新一期《科学》杂志。
研究团队利用X射线激光，确定了过冷水在约-63°C和1000个大气压下存在一个临界点。图片来源：韩国浦项科技大学 通常情况下，物质在冷却时会收缩，密度随之增加。但水却并非如此，冰会漂浮在水面上，而不是像大多数固体那样沉入液体之中。
研究人员解释说，液态水在4℃时密度最大，因此这一温度的水总是沉在底部，无论是在一杯水中还是在湖泊和海洋里。当温度从4℃继续下降时，水反而开始膨胀。如果将纯水继续冷却到0℃以下，在尚未结冰的情况下，它仍然会继续膨胀，而且温度越低，这种膨胀越明显。与此同时，水的可压缩性和热容等性质也会变得越来越“异常”。
几十年来，科学界一直试图解释这些看似违反直觉的现象。一种重要理论认为，在深度过冷状态下，水可能存在一个特殊的临界点，使水能够在两种不同的液态结构之间不断波动。
研究人员此次借助超短脉冲X射线激光技术，在水尚未冻结之前完成瞬间拍照，从而得以观察水内部结构的快速变化过程。结果显示，在低温高压条件下，水能以两种不同的液态结构存在，就像同一种液体却拥有两种“内部排列方式”。当温度升高、压力降低时，这两种液态之间的界限会逐渐消失，并在临界点处合二为一。
研究人员比喻说，在临界点附近，水仿佛在两种结构之间“犹豫不决”，不断在不同状态及其混合状态之间波动。正是这种微观层面的波动，使常温下的水表现出许多不同寻常的宏观性质。
研究还发现，当水接近这一临界点时，其结构变化的速度会明显变慢，仿佛一旦进入这种状态就难以“脱身”。这一现象为理解水在极端环境中的行为提供了新线索。
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