计算研究支持理论,水还有一个临界点

水——也许最重要的液体在宇宙中也是最奇怪的。最奇怪的地方是其密度降低冻结,但是有无数。在1992年,尤金·斯坦利在美国波士顿大学和他的同事提出,这些属性可以解释如果水在环境温度是两个不可区分的液体的混合物。¹现在,研究人员使用更复杂的模型获得了额外的理论证据支持这一假设。²

以及低粘度液体熟悉的环境条件,水也可以作为一个冰冻的存在,玻璃亚稳态液体分子的能量不足以使具体化。低于136 k实际上有两个玻璃状态有不同的密度。有要求,集团的很好的实验托马斯Loerting在因斯布鲁克,有两种不同的玻璃转换和两个不同的亚稳态液体阶段来自融化的眼镜,但是他们还没有结论性的,”解释道弗朗西斯科·SciortinoSapienza大学的意大利罗马,Stanley) 1992年的波士顿团队的一部分。加热的实验挑战是分子150 k以上迅速使他们具体化。

基于计算机模拟,斯坦利的小组建议,液体结晶之前,都有可能存在。超过一定压力,在一定温度下,应该有一个明确的阶段过渡。另一边的“临界点”,然而,两个阶段将变得不可区分,形成一个奇异特性观察到液体。临界点是众所周知的:所有的物质可以在气相和液相都存在一个临界点的两个阶段合并。在水里,这发生在647 k温度和278个大气压的压力,导致样品看起来像牛奶的化学物理学家解释道安德斯尼尔森在瑞典斯德哥尔摩大学的。第二,液-液临界点,然而,是新的。

实验调查这一假设在更精细的细节。尼尔森的研究小组在2017年使用的飞秒光脉冲捕捉变化在微米尺寸的结构水滴在真空中迅速冷却。等艾伦酣睡然而,英国卢瑟福阿普尔顿实验室怀疑水分子可能只是重新安排他们准备使具体化。

临界点周围的一般理论,材料应该如何行为在他们附近,也相当先进。在新的工作中,Sciortino和同事领导的巴勃罗Debenedetti在美国普林斯顿大学的使用两个目前最好的计算机模拟,都远比这些更复杂的使用在1992年调查他们的假想的液-液临界点是否满足这些约束。在这两种模拟,他们的模型通过了测试:“接近临界点,长度密度波动的规模变得越来越大,“Debenedetti说。但它从来都不是真正的无限,直到你到达临界点。然后,当你在更高的压力做同样的事情,你看到一个真正的相分离。

理论家斯坦利和实验——这两个怀疑的假设和那些接受它——说,最终验证需要来自实验。Debenedetti和同事的工作…可能是世界上最好的。但是你必须完全清楚,这不是真正的水。在真正的水我们不能达到173 k没有结晶,所以在这之前(或者至少在1或2 k)我们永远不会知道是否真正的水也有第二个临界点,酣睡的评论。尼尔森还说真正的确凿的证据只能来自实验。' '他们在模拟表明,液-液临界点,从未见过的东西在任何系统——通用扩展行为正是我们所期望的。这是突破。”