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時轉(zhuǎn)化為蒸汽，但是在氣壓較低的高海拔地區(qū)，水會在更低的溫度下沸騰——時間是省下來了，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)是分開的。然而，隨著溫度和壓強(qiáng)的增加，情況開始發(fā)生改變。當(dāng)氣體被壓縮到一定程度時，它的行為開始更像是液體；而當(dāng)液體被加熱，它也會趨近于氣體的行為。當(dāng)壓強(qiáng)或溫度足夠高，會到達(dá)一個被稱為“臨界點(diǎn)”的微妙平衡點(diǎn)，在這一點(diǎn)你無法區(qū)分你看到的到底是哪一態(tài)。而略微降低壓強(qiáng)或溫度，水就會回到液態(tài)或氣態(tài)。

這也是兩種液體故事的開端。首先忽略壓強(qiáng)，幾乎所有物質(zhì)在高溫下都有一個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)并沒有引起太多關(guān)注。如果你不是專門研究液態(tài)硅的，這一領(lǐng)域可能不會引起你的注意。

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。他們被一個宣稱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冷的過程，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)了水在過冷態(tài)的密度漲落行為，而且隨著溫度降低，漲落確實(shí)會增大。一些有趣的機(jī)制一定在起著作用。