一个有争议的几十年前的理论提供了强有力的新证据，该理论解释了水的奇怪行为

水，如此普通，对生命如此重要，其行为方式令科学家们十分困惑。

例如，为什么冰的密度小于水，而不是像其他液体结冰时那样漂浮下沉？

现在，一项新的研究为一个有争议的理论提供了强有力的证据，即在非常低的温度下，水可以以两种不同的液体形式存在，一种比另一种密度小，98迷科，结构更规整。

普林斯顿大学和罗马萨皮恩扎大学的研究人员对水分子进行了计算机模拟，以发现一个液相转变为另一个液相的临界点。

这项研究发表在本周的《科学》杂志上。

普林斯顿大学研究部主任、1950届工程和应用科学教授、化学和生物工程教授巴勃罗·德贝内代蒂说:“临界点的存在为水的奇异性提供了一个非常简单的解释。

”“临界点的发现相当于找到了一个很好的、简单的解释，解释了许多使水变得奇怪的东西，特别是在低温条件下。

水的两个液相

图一(左):使用两个不同的水的计算机模拟(顶部和底部面板)，研究人员检测到过冷水在两个不同密度的液相之间振荡的密度特征的波动。

图二(右):模拟揭示了两个液相之间的临界点，由于高密度液体中存在额外的水分子，这两个液相的密度不同。

信用:经德贝内代蒂等人许可转载，科学第369卷第6501期，DOI:10.1126/science.abb9796

水的奇怪之处包括，当水冷却时，它会膨胀而不是收缩，这就是为什么冷冻水的密度比液态水小。

在较低的温度下，水也变得更易挤压或压缩。

它的分子在冷冻时至少有17种排列方式。

临界点是一个独特的温度和压力值，在此温度和压力值下，物质的两个相变得不可区分，它发生在物质从一个相转变为另一个相之前。

德贝内代蒂说，水的奇特之处很容易用临界点的存在来解释。

临界点的存在是在远离临界点的物质的性质上感觉到的。

在临界点，分子的可压缩性和其他热力学度量，如热容量，是无限的。

使用两种不同的计算方法和两种高度逼真的水的计算机模型，研究小组确定液-液临界点位于大约190到170开尔文(大约-117到-153华氏度)的范围内，大约是海平面大气压的2000倍。

对于研究人员来说，临界点的发现是令人满意的一步，他们参与了几十年的探索，以确定水的不寻常性质的潜在物理解释。

几十年前，物理学家理论上认为，将水冷却到冰点以下，同时保持其液态——这种“过冷”状态出现在高空云中——会在足够高的压力下暴露出水的两种独特的液态形式。

为了检验这一理论，研究人员求助于计算机模拟。

现实生活中的水分子实验到目前为止还没有提供临界点的明确证据，部分原因是过冷水容易迅速结冰。

罗马萨皮恩扎大学的物理学教授弗朗切斯科·西奥尔蒂诺(Francesco Sciortino)在1992年担任博士后研究员时，进行了第一次这样的建模研究。

发表在《自然》杂志上的这项研究首次提出了两种液体形式之间存在临界点。

这项新发现让西奥尔蒂诺非常满意，他也是《科学》杂志新研究的合著者。

这项新研究使用了当今更快、更强大的研究计算机和更新、更精确的水模型。

即使有了今天强大的研究计算机，模拟也花费了大约1.5年的计算时间。

西奥尔蒂诺说:“你可以想象，当我们开始看到临界波动完全按照预期的方式运行时的喜悦。

”“现在我可以睡个好觉了，因为25年后，我最初的想法得到了证实。