黃金被加熱到1.9萬度竟沒融化，四十年物理教科書白讀了？

在很多人口中，黃金意味著財富；在科學家眼中，它則是一種完美的實驗材料，尤其適合拿來“煎”出真理。最近，美國SLAC國家加速器實驗室的一群科研人員，給黃金做了一道極限加熱大菜，結果不僅讓這塊金子成功挺過了一場“熵災難”，還一不小心把上世紀八十年代以來的物理理論給掀了個底朝天。

他們不止“炒”了黃金，還“炸”了物理學界。

這不是標題黨，而是《Nature》親自蓋章的學術突破。用最精煉的方式概括這項研究的核心成果就是：黃金在不熔化的情況下，被加熱到了1萬9千開爾文，這是它正常熔點的14倍，按常理早該化成一灘貴金屬湯，但它偏偏紋絲不動，還保留了固體晶體結構。

簡而言之，科學家發現：所謂的“熵災難”，在極端快速加熱的條件下，根本不發生。這下，老理論該讓位了。

熱到爆也不融？黃金的倔強讓科學家傻眼

過去幾十年，有個物理界共識：當物質被快速加熱超出它的穩定范圍時，比如超出熔點很遠，系統會因為內部“熵”快速上升而突然崩潰。這個崩潰就叫“熵災難”，就像超市微波爐里不小心加熱過頭的水，外表平靜，一碰就“砰”地炸開。

這理論曾經非常穩，幾乎沒人質疑。直到SLAC團隊登場。

這項研究由SLAC的“極端條件物質儀器”（MEC）領銜完成，主力隊員包括美國內華達大學、哥倫比亞大學、普林斯頓、牛津、加州大學默塞德分校、英國女王大學貝爾法斯特分校、歐洲自由電子激光中心（XFEL）以及華威大學。這么一串機構合起來，基本可以代表當今高能密度物質研究的一線水平。

他們做了件別人做不到的事：直接測出了“溫暖致密物質”的原子溫度

這不是“估算”溫度，而是第一次真正測量到了原子的實際熱運動速度，從而精確還原出溫度本身。

這個聽起來簡單，做起來卻比登月還難。

“我們過去幾十年都在靠模型猜。壓力和密度能測得挺準，溫度卻總是糊里糊涂，誤差大得離譜，”SLAC物理學家Bob Nagler說，“這直接拖累了我們對高能系統的理解?！?/p>

現在，他們不再猜了，而是把猜測升級為“實錘”。

怎么測溫度？拿激光煎黃金，再射X光“聽它跳舞”

他們的實驗設計堪稱科幻片既視感。研究團隊拿一片納米級厚度的金箔，先用激光快速加熱。這個加熱速度非常極端，大約在皮秒級別（1皮秒是1萬億分之一秒），讓金子的原子幾乎在瞬間劇烈震動起來。

然后，他們用X射線自由電子激光（LCLS）打進樣品。X射線和震動的金原子碰撞后會發生“散射”，就像聽眾聽到歌手的顫音一樣，X射線頻率也會發生微妙的偏移。這種偏移量直接告訴我們原子在跳多快的“熱舞”。

跳得越快，溫度越高，物理就這么樸素。

“我們這項技術的精度，幾乎可以在1,000到500,000開爾文之間自由取溫。”Nagler語氣里充滿自豪。

這就像科學家以前都在閉著眼抓熱鍋，現在，他們終于戴上了熱感夜視儀。

黃金直接沖破“熵災難”理論上限，完好無損

按照傳統熵災難理論，物體如果超出某個臨界溫度，就會突然融化、沸騰、瓦解。比如水在光滑容器里加熱過頭，沒來得及冒泡就被打翻，瞬間爆開。

而黃金在這次實驗里，不僅被加熱到了33,740華氏度（差不多1萬9千開爾文），還保持著完美晶體結構，完全沒“炸”。這比它的熔點（1337K）高了14倍，離液化、氣化早該一腳踩進地獄，可它竟然活了下來。

研究團隊解釋說，這種“幸存”不是偶然，而是因為加熱太快，金子還沒來得及膨脹松散，結構就定型了。換句話說，熵災難理論并不總成立，尤其是在加熱速度快到三觀崩塌的實驗中。

團隊主力Tom White教授干脆笑著說：“我們當然沒違反熱力學第二定律，我們只是告訴大家，這種所謂災難，并不如大家想象中那樣不可避免?！?/p>

一句話總結：只要你加熱得足夠快，宇宙可能沒那么快崩潰。

這可不是小打小鬧，而是高能物理界的一記重拳

這項成果的重要性，不止在于“金子烤不化”這么簡單，它本質上告訴我們：很多過去被認為是“極限”的臨界值，其實都是方法學的錯覺

幾十年來，研究者對像恒星內部、行星核心、核聚變反應堆這些高能環境中的溫度估算，可能都偏離了真實值。而這項研究，終于提供了一個標準尺子。

更讓人興奮的是，這項技術已經在別的領域開花結果。比如，今年夏天，研究團隊又用它去測了一些被沖擊壓縮的材料，模擬地球深層或木星內部的極端狀態。

Nagler說：“我們研究聚變燃料時，必須知道它們在什么溫度下才會相變，才會點燃。以前我們一直靠猜，現在終于有辦法實測了?！?/p>

這不僅是理論物理的突破，也是核聚變工程的助推器。

未來，在慣性約束聚變、超新星模擬、高壓材料科學等領域，這種新式“原子溫度計”都能派上用場。

參考：

DOI: 10.1038/s41586-025-09253-y