咱们小时候都听过一个说法:冰滑是因为压力让冰融化成水,形成润滑层。
听起来挺合理,对吧?但说句实在话,这个解释早就被证伪了。
真正的原因,比你想象的更神奇、更微观,也更“电”。
最近几年,全球多个顶尖团队接连发布突破性研究,彻底刷新了我们对“冰为何滑”的认知。
早在1842年,法拉第就发现两块冰压在一起会自动粘合——说明冰表面本就有一层看不见的液体。
这叫“预融化”(premelting)。但为什么低于0℃还能有水?这个问题困扰物理界170多年。
荷兰阿姆斯特丹大学的丹尼尔·博恩团队,是当代研究冰滑机制的先锋。
他们搞了个“微型滑冰场”,用钢球模拟冰刀,在-100℃到0℃之间测摩擦系数。
结果惊人:冰在-7℃时最滑——这恰好是短道速滑的标准冰温。
更关键的是,他们通过分子模拟发现,冰表面存在两类水分子:一类牢牢钉在晶格上(三个氢键),另一类只连两个氢键,像小滚珠一样自由移动。
正是这些“流动水分子”构成了天然润滑层。
周叔要说一句:这层水不是你踩出来的,也不是摩擦热融化的,而是冰自己“长”出来的!
如果说博恩团队靠模拟推测,那北京大学江颖教授团队则直接“看见”了真相。
他们自主研发的高分辨原子力显微镜(AFM),配上一氧化碳修饰针尖技术,首次拍到了六方冰表面的原子结构——清晰得连氢键都能数清楚。
去年5月,他们在《自然》(Nature)发表重磅成果:冰表面在-153℃就开始预融化!
远高于过去认为的-70℃。这意味着,地球上任何自然环境下的冰,表面都有一层液态水。
更震撼的是,他们还发现冰表面同时存在六方冰和立方冰两种结构,后者原本被认为只能在高压下存在。
而就在2025年12月,江颖联合徐莉梅、洪嘉妮等人再出新成果:在-152℃到-93℃区间,冰融化前会先经历一个“无定形冰层”阶段。
这层冰分子虽为固态,却已失去晶体秩序,像玻璃一样无序,随后才变成类液体。
这一发现或将改写冰的相图。
从另一个角度看,冰的滑,不是“被破坏”的结果,而是它天生就“半液半固”。
你以为这就完了?不,还有更颠覆的!
2025年底,德国萨尔大学提出全新机制:冰滑的主因既非预融水,也非摩擦热,而是分子间的偶极相互作用。
水分子本身是极性分子——一头正、一头负,像个微小磁铁。
当鞋底(或滑雪板)靠近冰面时,两者分子间的电荷差异会扰乱冰表面原本整齐的晶格,导致局部“失序”,瞬间形成超薄液膜。
哪怕在-40℃,这层膜依然存在,只是黏稠如蜂蜜,人感觉不到滑而已。
这意味着,200年来教科书里“压力融解说”彻底过时了。
滑倒,不是因为你重,而是因为你的鞋和冰“电性不合”。
一块看似普通的冰,竟藏着如此复杂的微观世界。
从法拉第到江颖,从博恩到萨尔大学,科学家们用170年时间告诉我们:自然界的简单现象背后,往往藏着最深邃的物理法则。
理解冰为何滑,不仅关乎摔倒的尴尬,更可能推动低温材料、航天防冰、甚至量子界面工程的发展。
下次走在冰面上,别只顾扶墙——想想脚下那层纳米级的“电之舞”,或许你会走得更稳,也更敬畏自然。
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