物理学家戏弄水分子进入一个新形态,一个有些非常独特的量子力学特性。
大拥挤
绝大部分在地球上的水以三种变化出现,固态冰、气态蒸汽、以及(每个人的喜爱)液态形式。我们自始至终都知道这三种变化。
但现在,物理学家就是爱把看上去很清楚明白的事情搅乱,并且打乱每天都存在的我们所抱持的见解, 弄出另一个好玩的东西:一个崭新的水的形态。
它涉及在量子层次运行的物理观点。到如今,差不多每一个人都了解什么是走到量子层次:事情变得真的怪异。它意味着不管你知道什么、不管你认为你知道什么、不管你认为你以为你知道什么… 好吧!就把它忘了。
不行
涉入这项工作的不敬的物理学家和重新定义范例的物理学家来自橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)。在那里他们成功地迫使个别的水分子通过只有5埃(angstrom)宽的绿宝石通道,一埃大约是一米的一百亿分之一。做个比较,原子通常是一埃宽。
图解一个水分子在它的"隧穿(tunneling)"形式: A. I. Kolesnikov et al.
量子怪异
那是在事情变得有一点奇怪时。当水分子挖掘通道穿过六角形形状的绿宝石通道,它们呈现出一个不寻常的组织。对比于典型的非对称排列,氧原子移动到质心(center of mass),氧原子通常是集中在氢原子。
氢原子,在有一点违反直觉的量子戏法,假设在同一时间的六个不同的对称结构,符合六角形形状的通道墙。当它们同时循环通过这些结构时,分子的温度会增加。此外,新的对称排列导致分子损失它的"电偶极矩(electric dipole moment)"。换句话说,分子在本质上变成电中性,并且损失它的冲力去结合其他原子和分子。
它是怪异的以及令人毛骨悚然的,一点也不像很快就会被了解。事实上,没有人真正知道对这个发现该怎么办。
首席研究员Alexander Kolesnikov以对应于智慧的困惑的耸肩说:“它是那些现象之一,只发生在量子力学,而且无法与我们日常经验相比拟。”
对研究可能有一些实质含意。然而,这个独特的结构被期待在某种情况下出现在自然世界,包括在生物的细胞壁。