過冷水，滴水成冰的秘密

水冷到一定程度就會變成冰。但現在如果告訴你，你知道的這個最明顯的物理現象是不準確的，水可以變得越來越冷。

在適當的條件下，這是可以發生的，而這時的水被稱為「過冷水」。這種即使在冰點以下仍保持液態的水，實際上是兩種液體的混合物。最近發表在《科學》雜誌上的一項研究調查了這種不尋常情況的性質，並表明，即使是地球上最常見的物質，也有很多東西需要了解。

水本身有許多奇怪的特性。在過去的25年裡，太平洋西北國家實驗室的格雷格·基梅爾和物理學家布魯斯·凱一起研究這種最常見的物質。他們之所以對水感興趣，不僅是因為水是人們熟悉的和擁有廣泛的用途，還因為作為一種液體，它比大多數其它液體都要陌生。

水有很多奇怪的性質。比如當水結冰時，它實際上會膨脹，可以讓冰塊漂浮起來。「因為冰是漂浮的，地球上的演化過程是不同尋常的。」布魯斯·凱說。

但是，水轉化成冰並非僅僅因為低溫。當沒有籽晶或核使水分子開始形成晶體結構時，水的物質形式將不會改變。為了防止形成核，水必須不含任何雜質和運動。

科學家們都很熟悉過冷水。製作過冷水可以為孩子們做一個很棒的科學實驗，因為一個突然的震動可以突然為分子提供一個凝結的核，並提供一個非常酷的、快速的視覺效果。

但是，在結構層面上還有許多謎團。 「過冷溫度下的液態水不僅相對穩定，而且以兩種結構形式存在。這些發現解釋了一個長期存在的爭論，那就是過冷的水是否總是在平衡之前就結晶了。答案是否定的。」基梅爾在一個新聞聲明中說。

「平衡」的意思是分子「可以呆在那裡並像水凍結之前的水分子一樣」，基梅爾解釋說，在極冷的溫度下，水會凍冰。

「在那麼冷的條件下，可能只需100萬分之一秒就會讓水結冰。但是對於水分子來說，這足夠它們說，我已經得到了想要的結構。我不會改變。」」

基梅爾、凱與博士後洛尼·柯靈格和懷亞特·桑利合作，利用紅外光譜，即紅外輻射與物質的相互作用，觀察當雷射射向一塊製冰的液態水時，水分子將如何反應。製作過冷水的過程只有幾納秒。凱把這個起停的過程比作一部「粘土電影」。

他們進行了幾次這種雷射試驗，來證明所有的結構變化是可逆的和可重複的。

過冷水有許多潛在的用途。科學家已經提出，它的快速凍結過程可以用來探測暗物質。而在研究氣候方面，過冷水也起著重要作用，因為溫度與雲的形成和大氣中過冷水的結晶有關。

基梅爾指出，儘管在某些條件下極冷的水在毫秒內發生變化也許是「深奧的」，但考慮到水對人類的重要性，這值得進一步研究。

這也會影響我們的正常生活，比如就像基梅爾所說：「如果冰不漂浮，那麼冬天的湖泊和河流將從下而上結冰，我們現在冬季垂釣方式就不會出現了。」