科學(xué)家可能已經(jīng)粉碎了一個(gè)關(guān)于冰的理論 - 對于在正確的條件下它可以變成類(lèi)似于玻璃的奇怪的無(wú)序固體形式的想法產(chǎn)生懷疑。

用于冷卻飲料的冰是一種晶體，其中分子以六邊形圖案結合在一起?？茖W(xué)家們預計，當冷卻并壓縮到超低溫度和壓力時(shí)，水分子將失去其規則結構并陷入無(wú)序狀態(tài)，這種結構被稱(chēng)為無(wú)定形固體。玻璃和塑料是無(wú)定形固體的實(shí)例。

“這種類(lèi)型的無(wú)定形冰被認為與液態(tài)水有關(guān)，并且認為這種聯(lián)系是本研究的最初目的，”來(lái)自美國橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室的Chris Tulk說(shuō)。

相反，正如Tulk和他的同事們在“ 自然 ”雜志上報道的那樣，他們創(chuàng )造它的嘗試失敗了，而是產(chǎn)生了三種不尋常的晶體變化。

冰有17種已知的不同晶體結構，它們在不同的壓力和溫度條件下形成。在這個(gè)實(shí)驗中，當團隊增加壓力時(shí)，冰從正常的冰中分類(lèi)為Ih，通過(guò)三個(gè)相繼密集的結構：冰IX，XV和最后的XIII。

之前已經(jīng)觀(guān)察到這些形式的冰，但是科學(xué)家們混淆的是，以前也曾觀(guān)察到的無(wú)定形形式從未實(shí)現過(guò)。

該團隊成員包括加拿大國家研究委員會(huì )的Dennis Klug，該實(shí)驗室最初于1984年發(fā)現了壓力誘導的冰的非晶化。

“我以前從未見(jiàn)過(guò)這種壓力溫度路徑導致像這樣的一系列晶體形式，”Klug說(shuō)。

在實(shí)驗中，將3毫米水球冷卻至零下173攝氏度，然后逐漸增加壓力，達到單個(gè)地球大氣壓的28,000倍。在每個(gè)新的壓力下，用中子束探測冰滴以顯示其結構。

只有在他們分析了連續壓力的結果之后，Tulk及其同事才意識到他們無(wú)法研究無(wú)定形冰的轉變，因為它從未形成過(guò)。

該團隊最初認為他們的實(shí)驗受到了污染，但隨后的三次重復產(chǎn)生了相同的結果。

“如果我們實(shí)驗的數據是真實(shí)的，那就意味著(zhù)無(wú)定形冰與液態(tài)水無(wú)關(guān)，而是兩個(gè)晶相之間的中斷轉換，這與廣泛接受的理論有很大不同，”Klug說(shuō)。

該小組提出，壓力增加緩慢，并且在較低壓力下收集數據可使冰結構松弛并形成冰IX。先前的實(shí)驗已經(jīng)快速通過(guò)冰IX條件而不允許松弛，導致非晶相。

令人驚訝的結果挑戰了對水研究的35年追求。

當過(guò)冷時(shí)，水的表現不像其他晶體。一些試圖解釋這種異常行為的理論預測，在極低溫度和高壓溫度下，從低密度到高密度的突然跳躍，即所謂的第二臨界點(diǎn)。

科學(xué)家們在這種密度跳躍的不同晶體形式中徒勞無(wú)功。新結果質(zhì)疑它的存在。

“壓力引起的無(wú)定形冰與水之間的關(guān)系現在存在疑問(wèn)，第二個(gè)臨界點(diǎn)甚至可能不存在，”Tulk說(shuō)。