[科普中国]-零下45摄氏度：科学家成功造出温度最低的水

北京时间1月11日消息，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（ClaudiaGoy）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。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（RenatoTorre）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（PaolaGallo）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（AlanSoper）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。（编辑：p_vhehwang）