水的第二臨界點(diǎn),?
在某些層面上,水具有多種不同的形式,,這并不奇怪,。取決于你觀測(cè)的壓強(qiáng)和溫度,水可以是固態(tài),、液態(tài)或氣態(tài)的,。在海平面,水在100°C時(shí)轉(zhuǎn)化為蒸汽,,但是在氣壓較低的高海拔地區(qū),,水會(huì)在更低的溫度下沸騰——時(shí)間是省下來(lái)了,但是你的茶也被毀掉了,。
在絕大多數(shù)情況下,,液態(tài)和氣態(tài)是分開(kāi)的。然而,,隨著溫度和壓強(qiáng)的增加,,情況開(kāi)始發(fā)生改變,。當(dāng)氣體被壓縮到一定程度時(shí),它的行為開(kāi)始更像是液體,;而當(dāng)液體被加熱,,它也會(huì)趨近于氣體的行為。當(dāng)壓強(qiáng)或溫度足夠高,,會(huì)到達(dá)一個(gè)被稱(chēng)為“臨界點(diǎn)”的微妙平衡點(diǎn),,在這一點(diǎn)你無(wú)法區(qū)分你看到的到底是哪一態(tài)。而略微降低壓強(qiáng)或溫度,,水就會(huì)回到液態(tài)或氣態(tài),。
這也是兩種液體故事的開(kāi)端。首先忽略壓強(qiáng),,幾乎所有物質(zhì)在高溫下都有一個(gè)氣相和液相交匯的臨界點(diǎn),,但是少數(shù)材料在低溫下還有一個(gè)神秘的第二臨界點(diǎn)。比如,,如果你在適當(dāng)條件下冷卻液態(tài)硅和鍺,,它們可以轉(zhuǎn)化成兩種不同密度的液體:原子組成相同,但是不同的結(jié)構(gòu)賦予了它們不同的性質(zhì),。
盡管它們也很奇怪,,但除了學(xué)術(shù)上的用途,這些第二臨界點(diǎn)并沒(méi)有引起太多關(guān)注,。如果你不是專(zhuān)門(mén)研究液態(tài)硅的,,這一領(lǐng)域可能不會(huì)引起你的注意。
1992年,,波士頓大學(xué)Peter Poole 和Gene Stanley領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)改變了這一局面,。他們被一個(gè)宣稱(chēng)水的密度在低溫下存在漲落的試驗(yàn)所吸引:水的溫度越低,密度漲落越明顯,。這和所有的理論預(yù)言都背道而馳,。一般而言,物質(zhì)溫度越低,,密度漲落越小,。
為了探明究竟發(fā)生了什么,Poole,、Stanley和他們的合作者模擬了水過(guò)冷的過(guò)程,,他們小心地將水降溫,使其低于凝固點(diǎn)而仍然保持液態(tài),。他們的計(jì)算機(jī)模擬證實(shí)了水在過(guò)冷態(tài)的密度漲落行為,,而且隨著溫度降低,漲落確實(shí)會(huì)增大,。一些有趣的機(jī)制一定在起著作用,。