數十年來證明水奇異行為的理論的證據

一項新的研究為一個有爭議的理論提供了有力的證據，該理論認為，在極冷的溫度下，水可以兩種不同的液體形式存在，一種形式的密度較小，結構較另一種形式更為結構化。

研究人員對水分子進行了計算機模擬，以發現兩種形式之間過渡的臨界點。

對生命如此普通而又至關重要的水，其行為方式令科學家感到困惑。

例如，為什麼冰不像水那麼稠密，漂浮而不是像其他液體凍結時那樣沉沒呢？

現在，一項新的研究為一個有爭議的理論提供了有力的證據，即在非常冷的溫度下，水可能以兩種不同的液體形式存在，一種形式的密度較小，而結構形式則比另一種形式的更為結構化。

普林斯頓大學和羅馬薩皮恩扎大學的研究人員對水分子進行了計算機模擬，以發現一種液相轉變為另一液相的臨界點，這項研究發表在《科學》雜誌上。

臨界點的存在為水的奇特性提供了非常簡單的解釋，發現臨界點等同於為使水變得奇怪的許多事物找到一個好的，尤其是在低溫下。

水的奇特之處在於，隨著水的冷卻，它膨脹而不是收縮，這就是為什麼冷凍水比液態水密度低的原因。

在較低的溫度下，水也變得更容易被擠壓或壓縮，冷凍時其分子還可以至少排列17種方式。

臨界點是溫度和壓力的唯一值，在該溫度和壓力下，物質的兩相變得無法區分，並且恰好在物質從一相轉變為另一相之前發生。

臨界點的存在很容易解釋水的怪異，在物質的性質上感覺到臨界點的位置離臨界點本身很遠，在臨界點，分子行為的可壓縮性和其他熱力學度量（例如熱容量）是無限的。

研究小組使用兩種不同的計算方法和兩種高度逼真的水模型，確定臨界點在大約190至170開氏度（約-117至-153華氏度）的範圍內，約為2000倍海平面上的大氣壓。

對於參與數十年探索的研究人員來說，確定臨界點是令人滿意的一步，以確定對水的異常性質的根本物理解釋。

幾十年前，物理學家提出理論，將水冷卻至低於冰點的溫度，同時保持液態（一種在高空雲中出現的「過冷」狀態），可以在足夠高的壓力下使水的兩種獨特液體形式暴露出來。

為了驗證該理論，研究人員轉向了計算機模擬。

到目前為止，使用現實生活中的水分子進行的實驗尚未提供明確的臨界點證據，部分原因是過冷的水有迅速結冰的趨勢。

在兩種液體形式的水的情況下，兩相在低於冰點的溫度和足夠高的壓力下不平衡地共存，隨著溫度下降，整個液體變成低密度。

由於將溫度降到了遠低於冰點的溫度，達到了過冷範圍，水的密度如預期的那樣劇烈波動。

水的某些奇怪行為可能是水賦予生命的特性的背後，生命的流體是水，但是科研人員仍然不知道為什麼水不能被另一種液體代替。

他們認為原因與水的異常行為有關，其他液體沒有表現出這些行為，因此必須與作為生命液體的水聯繫起來。

之所以出現水的兩相，是因為水分子的形狀會導致兩種堆積方式。

在較低密度的液體中，四個分子以稱為四面體的幾何形狀圍繞中心第五個分子聚集，在較高密度的液體中，第六個分子被擠壓，這具有增加局部密度的作用。

該團隊在兩種不同的水模型中檢測到了臨界點。

對於每種模型，研究人員對水分子進行兩種不同的計算方法以尋找臨界點，兩種方法都找到了關鍵點。

自1992年以來，在現實的水模型中看到另一個明確的液相轉變案例，這是一個漫長而有時是孤獨的等待。