科技日報記者 張佳欣
瑞典斯德哥爾摩大學領導的研究人員借助X射線激光發現，在約-63℃、1000個大氣壓的過冷條件下，水中存在一個關鍵臨界點，而這可能正是水諸多“反常”物理性質的根源。相關成果發表于新一期《科學》雜志。
通常情況下，物質在冷卻時會收縮，密度隨之增加。但水卻并非如此，冰會漂浮在水面上，而不是像大多數固體那樣沉入液體之中。
研究人員解釋說，液態水在4℃時密度最大，因此這一溫度的水總是沉在底部，無論是在一杯水中還是在湖泊和海洋里。當溫度從4℃繼續下降時，水反而開始膨脹。如果將純水繼續冷卻到0℃以下，在尚未結冰的情況下，它仍然會繼續膨脹，而且溫度越低，這種膨脹越明顯。與此同時，水的可壓縮性和熱容等性質也會變得越來越“異常”。
幾十年來，科學界一直試圖解釋這些看似違反直覺的現象。一種重要理論認為，在深度過冷狀態下，水可能存在一個特殊的臨界點，使水能夠在兩種不同的液態結構之間不斷波動。
研究人員此次借助超短脈沖X射線激光技術，在水尚未凍結之前完成瞬間拍照，從而得以觀察水內部結構的快速變化過程。結果顯示，在低溫高壓條件下，水能以兩種不同的液態結構存在，就像同一種液體卻擁有兩種“內部排列方式”。當溫度升高、壓力降低時，這兩種液態之間的界限會逐漸消失，并在臨界點處合二為一。
研究人員比喻說，在臨界點附近，水仿佛在兩種結構之間“猶豫不決”，不斷在不同狀態及其混合狀態之間波動。正是這種微觀層面的波動，使常溫下的水表現出許多不同尋常的宏觀性質。
研究還發現，當水接近這一臨界點時，其結構變化的速度會明顯變慢，仿佛一旦進入這種狀態就難以“脫身”。這一現象為理解水在極端環境中的行為提供了新線索。
