小玖觉得,这也恰恰说明,很多我们以为的“常识”,在科学面前可能需要重新审视。
关键问题出在压力对冰熔点的影响上。
科学家通过精确计算得出,一个成年人站立在冰面上产生的压力,只能让冰的熔点降低约0.03摄氏度。
这意味着,只有在冰的温度非常接近0摄氏度时,才有可能通过压力融化出少量水。
但实际情况是,即便在零下几十摄氏度的严寒环境中,冰面依然保持滑溜,比如南极、北极的冰面,温度远低于0摄氏度,却依然能让物体顺畅滑动。
很明显,单靠压力融冰,根本无法解释这些现象。
为了找到真相,荷兰阿姆斯特丹大学的丹尼尔·博恩团队做了一组针对性实验。
他们在实验室里搭建了微型“滑冰场”,用金属球模拟冰刀,测量不同温度下冰面的摩擦系数。
实验结果颠覆了传统认知:冰面的摩擦系数和温度密切相关,在零下100摄氏度时摩擦系数最高,随着温度升高,摩擦系数逐渐降低,到零下7摄氏度时达到最小值。
而这个温度,刚好是短道速滑比赛常用的冰面温度。
这一发现说明,冰面滑溜的核心原因并非压力,而是温度主导的某种特殊物理现象。
分子级的奥秘
预融化现象与表面流动水分子 既然压力融冰理论不成立,那冰面滑溜的真正原因是什么?
答案藏在冰的表面结构里,需要我们深入到分子级的微观世界去寻找。
博恩团队通过分子动力学模拟发现,冰的表面并非我们想象中那样整齐排列的固态分子,而是存在两种不同状态的水分子。
一种是通过三个氢键与下方冰体紧密结合的固定分子,另一种是仅通过两个氢键结合的流动分子。
这些流动的水分子就像无数个微小球体在冰面上滚动,而且温度越高,流动分子的数量就越多,冰面也就越滑。
这一发现指向了一个关键现象“预融化”。
简单来说,就是冰的表面在低于其熔点(0摄氏度)时,就已经开始融化,形成一层极薄的类液体水膜。
北京大学物理学院江颖教授团队,利用自主研发的高分辨扫描探针显微镜技术,成功获得了自然界最常见的六方冰表面的原子级分辨图像。
他们的研究取得了突破性进展:冰表面的预融化现象远比想象中更普遍,即便在低至零下153摄氏度的极端低温下,冰表面就已经开始融化,形成水膜。
这个温度远低于此前科学界普遍认为的零下70摄氏度,这也意味着,地球上任何地点的自然冰体,包括南极冰川、北极浮冰,其表面都必然存在一层液体水膜。
这正是冰面始终保持滑溜的核心原因。
最新突破
2025年12月,他们结合人工智能和原子力显微技术,又有了新的重大发现。
在零下152摄氏度到零下93摄氏度的温度范围内,冰在正式融化形成液体水膜前,会先形成一层此前从未被发现的“无定形冰层”。
这层冰层虽然仍处于固态,保留了固体的动力学特性,但分子排列不再像冰晶那样规则有序,更像是一种“介于固态和液态之间的过渡状态”。
随着温度升高,这层无定形冰层会逐渐演变为类液体水膜,最终成为我们能感知到的液态水。
这一发现填补了冰预融化过程中的认知空白,意味着无定形冰层应该被纳入冰的预融化相图中,让我们对冰的融化过程有了更完整的理解。
这一系列研究不仅解答了“冰面为什么滑”的谜题,更展现了基础科学研究的魅力。
哪怕是看似简单的日常现象,背后都可能藏着复杂的微观机制。
科学的魅力就在于此:越是习以为常的现象,越可能藏着宇宙的深邃秘密。
而那些看似简单的问题,往往需要几代人的坚持,才能找到最终的答案。
信息来源
寰球锐武2026-01-12零下7℃竟是关键!中外科学家联手攻关,破解冰面打滑百年谜题
光明网2025-12-23冰雪地面为什么这么滑?
光明网2024-05-23冰表面结构啥样,如何融化?我国科学家首次“看到”
环球科学2026-01-09冰面为什么是滑的?科学家研究了170年,竟然还没有完整答案返回搜狐,查看更多