水结冰的时候，到底发生了什么？
这个问题听起来简单，但一百三十多年来，它一直让物理学家头疼。最近，一个国际团队在韩国的加速器实验室里，用X射线自由电子激光拍到了超冷水在变成冰之前的一瞬间——他们发现，水在极寒高压下会呈现出两种截然不同的液态，然后在某个临界点合二为一。这个临界点位于零下63摄氏度左右，被确认为"液-液临界点"（LLCP）。
这项研究发表在《科学》期刊上。它验证了一个多世纪前的猜想，也可能解释为什么水和其他液体如此不同。
水的古怪，从19世纪就被发现了。德国物理学家威廉·伦琴——就是发明X射线的那位——在1890年代就注意到，普通的水是地球上最奇怪的液体之一。根据《化学世界》的统计，水表现出66种与其他液体不同的特性：表面张力高、热容量大、沸点异常、密度变化反常……
斯德哥尔摩大学的安德斯·尼尔森研究水的奇异性质已经超过十年。他在2020年接受《化学世界》采访时说："如果你观察液体的简单热力学和动力学性质，随着压力和温度变化，它们的表现都一样。除了水。"
尼尔森一直在寻找的，就是这个"液-液临界点"。我们知道水有一个很高的临界点——大约374摄氏度、218倍大气压，在那里液态和气态的区别消失。但科学家推测，水在过冷状态下（即温度远低于正常冰点却仍保持液态）还存在另一个临界点。
这个推测的依据，是水在4摄氏度时达到最大密度，然后反向变化——这正是冰能浮在水上的原因。这种密度异常，可能源于一个零下的临界点，位置估计在零下40度到零下70度之间。
2020年，尼尔森参与的一项研究发现，过冷水可以以两种不同相态存在——高密度液体和低密度液体——支持了这两种相态在LLCP处合并的观点。但确定这个精确点极其困难：水结冰的速度，比大多数测量手段能捕捉的速度还快。
大多数，但不是全部。
在这项新研究中，尼尔森与韩国浦项加速器实验室的金庆焕领导的团队合作，利用X射线自由电子激光的极快脉冲，观察过冷水向冰转变的过程。他们揭示，水的LLCP出现在约210开尔文，即零下63摄氏度。
换句话说，伦琴一百三十多年前对水奇异性质的初步探究，如今用他的另一项改变世界的发明——X射线——得到了验证。
尼尔森说："特别之处在于……"（原文此处中断）
这项发现的意义，可能超出基础物理学的范畴。水支撑了地球上的生命，理解它的异常行为，或许能帮助我们理解生命为何能在这样的环境中演化。但研究人员也谨慎地指出，这一发现仍处于早期阶段，许多问题——比如这两种液态水在分子层面究竟如何不同——还需要更多研究。
科学界目前还没定论。但这正是科学有趣的地方：最平常的物质，往往藏着最深的谜。
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