科學家可能解開了長久以來為何冰會漂浮以及液態水在降至華氏 39 度以下時為何會膨脹的謎團，因為他們發現了超冷水中隱藏的液-液臨界點的證據。瑞典斯德哥爾摩大學的研究人員使用 X 光激光確定了在華氏 -81 度（攝氏 63 度）和約 14,500 磅每平方英寸（1,000 大氣壓）下存在的臨界點。這一發現有助於解釋水的奇特行為及其不尋常的性質，包括冰塊漂浮的原因以及液態水在降至華氏 39 度（攝氏 4 度）以下時為何會膨脹。
研究負責人安德斯·尼爾森（Anders Nilsson）教授表示，特別之處在於我們能夠在冰凍之前以無法想像的速度進行 X 光檢測，觀察到液-液轉變是如何消失，而新的臨界狀態則隨之出現。
水的奇怪物理性質
儘管水對生命至關重要，但它的特性長期以來困擾著科學家，因為水的行為與其他物質截然不同。水的密度、熱容量、可壓縮性和黏度在溫度和壓力變化時的反應與典型液體的行為相悖。大多數材料在冷卻時會收縮，因此變得更為密集。然而，水卻不遵循這一模式。冰會漂浮，而液態水在約華氏 39 度時達到最高密度，導致較冷、較密的水下沉。此外，如果水在低於該溫度的情況下冷卻，它會開始膨脹。
在純水降至華氏 32 度以下時，這種膨脹不僅會持續，還會加速。尼爾森指出，數十年來，科學家們對這些引人注目的性質提出了各種理論，其中一個理論就是臨界點的存在。現在我們已經發現這樣的點確實存在。
為了揭示這一難以捉摸的狀態，研究人員轉向了韓國的超快 X 光激光脈衝設施。這些脈衝使得第一次能夠在極短的時間尺度內觀察水，並足夠快以捕捉到其結構在結晶成冰之前的狀態。斯德哥爾摩大學的化學物理博士生伊亞森·安德羅尼斯（Iason Andronis）對團隊的成就讚譽有加。
新狀態被檢測到
實驗顯示，在低溫和高壓下，水可以存在於兩個不同的液相中。這兩個液相在其分子如何組織和結合方面存在差異。在某些條件下，這種區別會完全消失。兩個相位合併的點即是新確認的臨界點。研究團隊指出，這一臨界點可能解釋水的獨特性質。科學家們相信這些性質源於兩個液態狀態之間的波動，甚至在常溫下也是如此。
簡單來說，普通水在微觀層面上不斷變化。條件越接近臨界點，這些波動就越強烈。該研究還發現，當水接近臨界點時，其分子動力學顯著減慢。羅賓·泰布斯基（Robin Tyburski）博士表示，幾乎可以說，一旦進入臨界點，就無法逃脫，就像黑洞一樣。
尼爾森指出，這一發現解決了一個長期存在的科學問題，並為未來的研究開闢了新的方向。他補充道，下一階段是研究這些發現對水在物理、化學、生物、地質及氣候相關過程中的重要性所帶來的影響，這在未來幾年將是一項重大挑戰。這篇論文已發表在《科學》期刊上。
