Poole和Stanley的团队猜想,这是第二临界点的特征:水被区分成两种密度不同的液体,每一种都在自己的相中;而在第二临界点之上,这两种相难以区分,水会在这两种相之间快速转变。因为两种物质不同的性质,任意一种转化成另外一种时,都会导致突然的密度变化,这一变化在临界点时最为显著。
他们提出的水有两个临界点的假说可能有一些古怪。Nilsson说:“任何有关水的事情都存在争议。”更多的研究者认为水的性质可以用更为传统的方式解释。一种解释是在极低的温度下,过冷态的水转变为一种无序的固体,而不是晶体结构的冰。另一种解释认为,看似是第二临界点的现象,只是水的一种奇特的凝固方式。
该团队知道,如果他们关于第二临界点的认识是正确,通过试验验证将极其棘手。临界点所处的温度只有-45°C,即使是过冷态的水也会自发结成冰。“我们所面临的挑战是将水极快地冷却下来,” Stanley说,“研究它需要非常聪明的试验设计。”
接踵而至的证据
任职于瑞典斯德哥尔摩大学的Nilsson接受了这一挑战。他的团队一直痴迷于水的奇特行为,尤其是Poole和Stanley关于两种液体的设想。本世纪初,Nilsson在室温和大气压下工作让他相信水分子可以以两种结构存在:无序的致密堆积,以及密度较低的均匀四面体结构。他的试验表明,在这些外界环境下,低密度的相会浮在混乱的致密相之上。但他也表示,他的同行并不认同这一观点。
Nilsson认为,水分子可以以两种结构存在。