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咱們小時候都聽過一個說法:冰滑是因為壓力讓冰融化成水,形成潤滑層。
聽起來挺合理,對吧?但說句實在話,這個解釋早就被證偽了。
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真正的原因,比你想象的更神奇、更微觀,也更“電”。
最近幾年,全球多個頂尖團隊接連發布突破性研究,徹底刷新了我們對“冰為何滑”的認知。
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早在1842年,法拉第就發現兩塊冰壓在一起會自動粘合——說明冰表面本就有一層看不見的液體。
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這叫“預融化”(premelting)。但為什么低于0℃還能有水?這個問題困擾物理界170多年。
荷蘭阿姆斯特丹大學的丹尼爾·博恩團隊,是當代研究冰滑機制的先鋒。
他們搞了個“微型滑冰場”,用鋼球模擬冰刀,在-100℃到0℃之間測摩擦系數。
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結果驚人:冰在-7℃時最滑——這恰好是短道速滑的標準冰溫。
更關鍵的是,他們通過分子模擬發現,冰表面存在兩類水分子:一類牢牢釘在晶格上(三個氫鍵),另一類只連兩個氫鍵,像小滾珠一樣自由移動。
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正是這些“流動水分子”構成了天然潤滑層。
周叔要說一句:這層水不是你踩出來的,也不是摩擦熱融化的,而是冰自己“長”出來的!
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如果說博恩團隊靠模擬推測,那北京大學江穎教授團隊則直接“看見”了真相。
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他們自主研發的高分辨原子力顯微鏡(AFM),配上一氧化碳修飾針尖技術,首次拍到了六方冰表面的原子結構——清晰得連氫鍵都能數清楚。
去年5月,他們在《自然》(Nature)發表重磅成果:冰表面在-153℃就開始預融化!
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遠高于過去認為的-70℃。這意味著,地球上任何自然環境下的冰,表面都有一層液態水。
更震撼的是,他們還發現冰表面同時存在六方冰和立方冰兩種結構,后者原本被認為只能在高壓下存在。
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而就在2025年12月,江穎聯合徐莉梅、洪嘉妮等人再出新成果:在-152℃到-93℃區間,冰融化前會先經歷一個“無定形冰層”階段。
這層冰分子雖為固態,卻已失去晶體秩序,像玻璃一樣無序,隨后才變成類液體。
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這一發現或將改寫冰的相圖。
從另一個角度看,冰的滑,不是“被破壞”的結果,而是它天生就“半液半固”。
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你以為這就完了?不,還有更顛覆的!
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2025年底,德國薩爾大學提出全新機制:冰滑的主因既非預融水,也非摩擦熱,而是分子間的偶極相互作用。
水分子本身是極性分子——一頭正、一頭負,像個微小磁鐵。
當鞋底(或滑雪板)靠近冰面時,兩者分子間的電荷差異會擾亂冰表面原本整齊的晶格,導致局部“失序”,瞬間形成超薄液膜。
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哪怕在-40℃,這層膜依然存在,只是黏稠如蜂蜜,人感覺不到滑而已。
這意味著,200年來教科書里“壓力融解說”徹底過時了。
滑倒,不是因為你重,而是因為你的鞋和冰“電性不合”。
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一塊看似普通的冰,竟藏著如此復雜的微觀世界。
從法拉第到江穎,從博恩到薩爾大學,科學家們用170年時間告訴我們:自然界的簡單現象背后,往往藏著最深邃的物理法則。
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理解冰為何滑,不僅關乎摔倒的尷尬,更可能推動低溫材料、航天防冰、甚至量子界面工程的發展。
下次走在冰面上,別只顧扶墻——想想腳下那層納米級的“電之舞”,或許你會走得更穩,也更敬畏自然。
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