颠覆教科书!刚刚德国推翻200年冰为什么滑理论发现真正原因
点击量: 发布时间:2025-09-09 15:34:23

  是的,你没有看错。就在刚刚,德国萨尔兰大学的物理学家们发布了一项颠覆性研究,直接挑战了我们从中学物理课本上学到的知识。这项8月7日已发表在《物理评论快报》上的论文,用强大的计算机模拟告诉我们:关于冰为什么滑,近200年的主流理论,可能都搞错了!

  这项研究的主要负责人,材料模拟专家马丁·米瑟教授(Martin Müser)直言不讳:事实证明,无论是压力还是摩擦,在形成冰面那层薄薄的液体层中,都没有起到特别重要的作用。”

  为什么?因为漏洞太多了!比如,研究论文中提到,想在零下20℃的低温下靠压力融化冰来滑雪,那压力得大到不切实际的程度。而且,许多高精度的实验也根本探测不到所谓的“摩擦热”导致的冰面升温。

  的相互作用。简单说,无论是冰,还是你的鞋底,分子层面都存在微小的正负电荷区域,就像微型的小磁铁。当鞋底接触冰面时,双方的分子偶极子相互“掰手腕”,这种力量的竞争,在物理学上称为“受挫”(frustrated),它会瞬间破坏冰表面原本稳定有序的晶体排列,使其变得混乱、无序(也就是非晶化),最终呈现出液体的特性。

  ,把它强行变成了“准液体”。更颠覆的是,模拟结果显示,这个过程在极低的温度下,比如10K(约零下263℃),发生得竟然比在零下10℃时还要快得多。

  科学家们是怎么发现这个秘密的?他们利用了超级计算机,进行了精密的分子动力学模拟,等于是在原子尺度上“亲眼”看到了冰面滑动的全过程。

  随着滑动继续,这些焊点附近的晶体结构被撕裂、破坏,变得混乱无序,形成一层越来越厚的“非晶层”。

  这层非晶层的厚度,与滑动距离的平方根完美成正比。这就是证明“位移驱动”理论的“黄金证据”。

  这一切,都发生在无需温度达到熔点的情况下。这才是冰滑的真正奥秘——一种纯粹的、由机械力主导的相变。

  看到这里你可能会问:既然越冷,“融化”越快,那为什么我们在极冷的冬天,比如零下40℃,感觉冰面反而“涩涩的”,不那么滑了?

  所以,滑冰之所以感觉好,是因为在合适的温度下,这层非晶层的厚度和黏度达到了完美的平衡。

  此外,研究还发现一个让冰“滑上加滑”的秘密:接触面必须是疏水和光滑的。一个疏水(不沾水)的表面,比如打过蜡的滑雪板,能让这层非晶水膜在它上面“自由飞翔”,摩擦力能降低一半以上。

  从压力融化,到摩擦生热,再到今天的“冷非晶化”,我们对“冰为什么滑”这个日常问题的理解,跨越了近200年的时光。

  这项研究的意义远不止于滑冰或滑雪。它更深刻地改变了物理学家们对固体和液体界面相互作用的根本理解。