水(H2o)不简单,居然除三态外还有量子态

水,是我们最熟悉的物质。水有三种变化状态——冰、液态水及气态水蒸汽,也就是科学家所说的三个物态。

 

近日科学家惊奇地发现,水在特殊情况下,还会有另外的特殊状态——量子态。

 

据英国《每日邮报》4 月 25 日报导,美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)首次发现,水分子在极端条件下可以呈现出量子隧穿态。

 

科学家将水分子限制在一种翡翠中常见的绿柱石( beryl)内。绿柱石含有超小的六边形通道,通道直径只有约 5 个原子直径大。结果发现,当水分子进入这一狭窄通道时,会产生隧穿效应(tunneling):水分子中的氢原子和氧原子会发生位置变化,变成和常态下完全不同的组合状态。

 

该研究负责人、橡树岭国家实验室化学和工程材料分部的亚历山大.科列斯尼科夫(Alexander Kolesnikov)解释:“在低温下,发生隧穿的水分子表现出量子运动,可穿透周围的隔墙。这是在经典力学里无法发生的一种现象。这说明水分子中的氧原子和氢原子发生移位,同时出现在通道内的 6 个对称位置。

 

科列斯尼科夫强调,这一现象仅仅发生在量子世界内,不是我们根据日常生活经验能想像的情况。

 

报导说,研究结果提示科学家需要深入理解水分子在微观状态下的存在方式,如水分子怎样穿过细胞膜、碳的纳米管以及各种矿物质成分。

 

橡树岭国家实验室的另一研究者劳伦斯.阿布维奇(Lawrence Anovitz)说:“这个发现表示我们对水的行为以及水利用能量的方式有了新的理解。想像一下,也许在你的蓝宝石或翡翠戒指中,水分子正在发生我们实验中所见到的那种量子隧穿现象,这很有趣。”

 

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