揭开水的双面人身份，极端条件下同时以两种液相存在

揭开水的双面人身份，极端条件下同时以两种液相存在

水，这个看似简单的物质，却在极端条件下展现出令人惊讶的双重性格。最近，科学家通过计算机模拟证实了水在特定的低温和高压条件下，可以同时以两种不同密度的液相存在。这一发现不仅解决了物理学界长期存在的一个谜题，还为未来材料科学的发展开辟了新的可能性。

数十年前，科学家提出水在极端压力与低温时会分裂成两种不同液体形式的理论，但从未得到证实，直到最近科学家对水这种难以捉摸的行为建模，成功模拟水于上述条件能以两种不同结构与密度的液相存在。

水在极端条件下的行为常年困扰着科学家，比如温度低于0°C仍保持液态的过冷水（supercooled water），当它一受到扰动（如丢入一个小颗粒）就会立即凝结成冰晶；或是与大多数物质不同，水的密度在液态而非固态时反而最大，能使冰漂浮在水上。

水还有种称为LLPT（liquid-liquid phase transition）的状态，是研究人员一直想解决的挑战。一个假设已久的理论认为，水在极端条件下（尤其是极低温度与高压）能同时存在两种液相（高密度液体和低密度液体），区分两者的转变点就称为LLPT，但实验中水往往在达到这些条件前便冻结，因该直难以验证假设。

1992年，研究人员首次提出水可能在 -38 ℃ 出现LLPT相变，早些研究也预测出现LLPT相变的条件包括临界压力36-270MPa，临界温度 -23℃--123℃。

由于难以实时测量，必须靠计算机模拟预测水的行为。最近，加州大学圣地亚哥分校团队使用超级计算机完成精确模拟，发现LLPT出现条件落在 -73℃、1,250标准大气压，此临界点下水会自发分成高密度与低密度液体，而实验室有机会制造微小水滴，通过表面张力产生高内部压，从而验证此现象。

随着技术发展，研究人员希望未来这项研究能设计合成液体，用途包括过滤污染物、海水淡化工程等。

新论文发表在《自然物理学》（Nature Physics）期刊。

（首图来源：Pixabay）