揭開水的雙面人身分，極端條件下同時以兩種液相存在

數十年前，科學家提出水在極端壓力與低溫時會分裂成兩種不同液體形式的理論，但從未得到證實，直到最近科學家對水這種難以捉摸的行為建模，成功模擬水於上述條件能以兩種不同結構與密度的液相存在。

水在極端條件下的行為常年困擾著科學家，比如溫度低於 0°C 仍保持液態的過冷水（supercooled water），當它一受到擾動（如丟入一個小顆粒）就會立即凝結成冰晶；或是與大多數物質不同，水的密度在液態而非固態時反而最大，能使冰漂浮在水上。

水還有種稱為 LLPT（liquid-liquid phase transition）的狀態，是研究人員一直想解決的挑戰。一個假設已久的理論認為，水在極端條件下（尤其是極低溫度與高壓）能同時存在兩種液相（高密度液體和低密度液體），區分兩者的轉變點就稱為 LLPT，但實驗中水往往在達到這些條件前便凍結，因此一直難以驗證假設。

1992 年，研究人員首次提出水可能在 -38 ℃ 出現 LLPT 相變，早些研究也預測出現 LLPT 相變的條件包括臨界壓力 36~270MPa，臨界溫度 -23℃~-123℃。

由於難以實時測量，必須靠電腦模擬預測水的行為。最近，加州大學聖地牙哥分校團隊使用超級電腦完成精確模擬，發現 LLPT 出現條件落在 -73℃、1,250 標準大氣壓，此臨界點下水會自發分成高密度與低密度液體，而實驗室有機會製造微小水滴，透過表面張力產生高內部壓，從而驗證此現象。

隨著技術發展，研究人員希望未來這項研究能設計合成液體，用途包括過濾污染物、海水淡化工程等。

新論文發表在《自然物理學》（Nature Physics）期刊。

• UC San Diego Team Uncovers Mystery of Water’s Hidden Dual Phases
• Scientists map elusive liquid-liquid transition point using deep neural network

（首圖來源：Pixabay）