物理學大廈崩塌了？美國科學家加熱黃金，到了19000℃，竟沒融化

如果把你手中的金戒指丟進煉鋼爐會發生什么？那肯定是立刻化成一滴晃動的金水。這是每個人都知道的常識，黃金這樣的金屬，在一定高溫下都會融化。但最近，美國科學家竟將黃金加熱到19000℃，接近太陽表面溫度的三倍。

令人震撼的是，黃金并沒有熔化，它頑強保持著固態！這完全顛覆了人們以往認知。這究竟是怎么回事呢？難道科學家新發現了什么可以導致當今物理學大廈崩塌的新理論？

飛秒激光熔金

先來說一下這個顛覆傳統認知的實驗。為了將黃金完美加熱至極高的溫度，美國的科學家們動用了SLAC國家加速器實驗室的尖端武器：超短脈沖激光。這種的加熱速度快得難以想象，超過了每秒1000萬億攝氏度！

激光目標是一層薄得不可思議的金箔，只有50nm厚，大概只有普通病毒厚度的一半。激光脈沖精準地“擊中”了這層金箔，但時間極短，僅僅持續了40飛秒。飛秒有多短？即使是光，在真空中一飛秒也只能跑0.3μm，一飛秒也僅僅相當于1000萬分之一秒。

就在這比剎那還要快上萬億倍的瞬間，金箔被加熱到了約19000℃，這相當于黃金正常熔點（1064℃）的14倍！

那么問題來了，這樣精準的溫度是如何測出的呢？科學家為什么知道黃金最終沒有被融化呢？這里用到了另一項精妙的技術：非彈性X射線散射。科學家們用另一束強大的X射線去照射這塊被激光瞬間加熱的金箔。

X射線光子會與劇烈振動的金原子發生碰撞并發生反彈散射。而通過極其精密地測量這些反彈出來的X射線光子的能量的細微變化，科學家們就能直接“讀出”金原子在高溫下活躍程度。進而精確計算出金箔內部離子的溫度。

結果儀器清晰地顯示：溫度確實飆升到了19000℃，但X射線散射的圖譜明確無誤地表明，金的原子們雖然承受了極高的溫度，處于劇烈抖動狀態，卻依然整整齊齊地排列在它們原來的晶格位置上，保持著固態的晶體結構！

崩塌傳統理論

這個實驗結果徹底顛覆了學界長期以來的一個認知。過去的主流理論（被稱為“熵災難”或“熵突變”理論）認為，按照熱力學定律，一個系統總是朝著更無序（熵增）的狀態發展。而如果一個物體（如金）被加熱，它內部的“熵”就會增加。

不管這個熵增過程是緩慢還是快速，當溫度突破一個臨界點（其3倍熔點的溫度），它內部的“熵”狀態就會達到甚至超過液態，這時它無論如何都必須熔化。

在傳統的，相對較慢的加熱方式下，實驗材料總是在到達臨界溫度之前，因為熱膨脹或者其他原因熔化了！而這次，美國科學家用新的實驗方法，終于對此前的理論做了驗證，在極短的時間內完成了對黃金的加熱，并打破了此前的“熵突變”理論。

但是，這并不代表該實驗違背了熱力學定律。科學家發現，黃金之所以來不及熔化，是因為加熱速度實在太快。當高溫襲來時，金原子雖然出現了瘋狂振動，但整體結構并未發生變化，晶格還未來得及顯著膨脹，其內部的熵依然保持著固體下的狀態。

然而，僅僅40飛秒的測量結束后，黃金迅速熔化并完成了能量釋放，熵最終還是達到了液體狀態的程度。實驗所顛覆的，只是在特定前提（平衡態，慢加熱）下推導出的“熵突變”理論極限。

未來應用前景

這項突破，遠不止顛覆一個理論這么簡單。最直接的用途，就是科學家終于有辦法直接測量極端環境下的溫度了。

比如探索我們腳下的地球核心，或者其他行星，如木星、土星這些氣態巨行星的內部。那里承受著難以想象的高壓和高溫。物質在那種極端條件下會表現出什么奇異性質？

以前科學家只能靠計算機模擬來推測。現在有了這種超快加熱和直接測溫技術，科學家就能在實驗室里，在極短的時間內，模擬出類似行星內部的極端狀態，并精確測量其中的溫度和物質行為。這無疑將極大地深化我們對行星形成，演化以及內部動力學過程的理解。

其次，這項突破對可控核聚變的發展也意義非凡。比如“慣性約束聚變”技術路線，科學家們必須用超高能的激光在百萬分之一秒內，將微小的燃料顆粒瞬間壓縮并加熱到比太陽核心還要熾熱的狀態，才能觸發核聚變反應所需的極端條件。

這個過程中，燃料內部溫度分布的精確測量是優化實驗，提高點火效率的關鍵。現在，這種基于X射線散射的直接測溫方法，為診斷和優化聚變實驗提供了前所未有的工具，有望加速清潔聚變能源的研發進程。

最后，這項研究也為材料科學開辟了新思路。研究團隊透露，他們在另一種貴金屬：銀的實驗中也觀察到了初步跡象，表明它同樣可能超越其理論上的熵崩潰溫度。

過去科學家想要知道一塊材料在超高壓力、超高溫度下的表現，往往只能靠理論模型去推算。而有了這項技術，科學家或許可以實現“定制”材料的相變過程，按照需求設計出全新的材料加工技術，開發出性能更強大，結構更特殊的新材料。

結尾

這場黃金實驗并不是什么“物理學大廈崩塌”，更像是給大廈開了幾扇新的窗戶。這也間接說明了，“天下武功，唯快不破”在物理學的世界也同樣適用，只要速度足夠快，真的有可能顛覆游戲規則。

當然，科學是從來不怕顛覆的。這次黃金沒按理論熔化，下次可能就有更多“反常識”現象被發現。而科學的每一次“顛覆”，也從來不是推翻真理，而是讓我們在更遼闊的疆域里，重新理解永恒的自然法則。