科學(xué)家們剛剛發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把一塊黃金加熱到比太陽(yáng)表面還熱三倍的19000度時(shí)，它居然沒(méi)有熔化，還是依舊保持固態(tài)！

這簡(jiǎn)直逆了個(gè)天！但你并沒(méi)有看錯(cuò)，這是7月23日發(fā)表在頂刊《自然》上的真實(shí)研究成果。這一發(fā)現(xiàn)，就像一顆重磅炸彈，直接挑戰(zhàn)了物理學(xué)界一個(gè)長(zhǎng)達(dá)40年的“金科玉律”，很可能將改寫(xiě)未來(lái)的物理教科書(shū)。

你的第一反應(yīng)可能是：這怎么可能？這不是違背熱力學(xué)定律了嗎？

別急，讓我們一步步揭開(kāi)這個(gè)驚人實(shí)驗(yàn)背后的秘密。

◆ 01一個(gè)被奉為圭臬的“熵災(zāi)”預(yù)言

首先，我們得知道科學(xué)家們這次挑戰(zhàn)的是什么。

1988年，物理學(xué)家提出了一個(gè)著名的理論，叫做“熵災(zāi)難”（entropy catastrophe）。你可以把它通俗地理解為一個(gè)“物質(zhì)熔化的終極死線”。這個(gè)理論認(rèn)為，任何固體，無(wú)論你用多快的速度給它加熱，一旦溫度高到某個(gè)極限（大約是其熔點(diǎn)的3倍），它內(nèi)部的混亂程度（也就是“熵”）就會(huì)達(dá)到和液體一樣的水平，此時(shí)它將不可避免地、瞬間地、災(zāi)難性地熔化。

40年來(lái)，這個(gè)理論就像一個(gè)“物理預(yù)言”，是高溫物理研究中一個(gè)公認(rèn)的邊界。沒(méi)人想過(guò)，這個(gè)邊界竟然可以被打破。

◆ 02如何給一萬(wàn)九千度的原子測(cè)體溫？

要挑戰(zhàn)這個(gè)極限，首先你得有個(gè)能精確測(cè)量極端高溫的“神器”。

但要給幾萬(wàn)度的物質(zhì)測(cè)溫壓根不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)槠胀囟扔?jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)溫度就已經(jīng)灰飛煙滅了。這也是幾十年來(lái)困擾科學(xué)家的難題：我們能創(chuàng)造極端高溫，卻很難精確測(cè)量它的溫度，誤差大到“估算基本靠猜” 。

而這次，來(lái)自SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室、內(nèi)華達(dá)大學(xué)等機(jī)構(gòu)的頂尖科學(xué)家們，發(fā)明了一種全新的測(cè)溫方法。他們使用的設(shè)備堪稱(chēng)“美國(guó)重器”——直線相干光源（LCLS）。

整個(gè)過(guò)程如同一次精密的“原子狙擊”：

1. “加熱”：科學(xué)家用一束超強(qiáng)超快的激光，在萬(wàn)億分之一秒內(nèi)，閃電般地轟擊一片比頭發(fā)絲還薄的金箔。

2. “測(cè)速”：緊接著，另一束更亮的X射線脈沖（來(lái)自LCLS）穿過(guò)這片被加熱的金箔。溫度越高，金原子振動(dòng)得越快。X射線撞上這些狂飆的原子后，就像交警的雷達(dá)測(cè)速槍一樣，其頻率會(huì)發(fā)生微小的改變（多普勒效應(yīng)）。

3. “讀數(shù)”：通過(guò)分析X射線的頻率變化，科學(xué)家就能反推出原子的振動(dòng)速度，從而精確地計(jì)算出金箔的實(shí)時(shí)溫度。

當(dāng)他們用這雙“火眼金睛”讀出數(shù)據(jù)時(shí)，所有人都驚呆了——在好幾個(gè)皮秒（1皮秒=1萬(wàn)億分之一秒）的時(shí)間里，黃金的溫度飆升到了19000開(kāi)爾文（約等于19000攝氏度），是其正常熔點(diǎn)（約1337K）的14倍，但X射線衍射圖明確顯示，它的晶體結(jié)構(gòu)依然完整，它居然還是固體！

“熵災(zāi)”預(yù)言，在這一刻被徹底打破。

◆ 03 為什么它沒(méi)有熔化？答案是：快！

為什么黃金沒(méi)有熔化？難道是熱力學(xué)第二定律失效了？

科學(xué)家解釋說(shuō)：我們可沒(méi)有違反熱力學(xué)第二定律，答案，就藏在一個(gè)字里——快。

天下武功，唯快不破。原來(lái)在物理世界，這句話同樣適用。

這次的加熱速度達(dá)到了驚人的每秒千萬(wàn)億度（101? K/s）。這是什么概念？它快到連黃金原子自己都“沒(méi)反應(yīng)過(guò)來(lái)”。

你可能做過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，你迅速地從一桌鋪著桌布的餐具下抽走桌布，如果速度夠快，餐具會(huì)留在原地。這個(gè)實(shí)驗(yàn)異曲同工。

常規(guī)熔化：緩慢加熱時(shí)，原子獲得能量，開(kāi)始劇烈振動(dòng)，晶格膨脹，最終結(jié)構(gòu)崩塌，變成液體。

超快加熱：在萬(wàn)億分之一秒的時(shí)間尺度上，能量瞬間注入，原子被“原地加熱”，劇烈振動(dòng)，但晶格根本來(lái)不及膨脹和擴(kuò)張。由于沒(méi)有膨脹，其內(nèi)部的“熵”增長(zhǎng)方式就和傳統(tǒng)理論預(yù)言的完全不同，始終低于液體的熵，因此它成功地“欺騙”了熔化機(jī)制，在遠(yuǎn)超理論極限的溫度下，維持了固態(tài)。

簡(jiǎn)單說(shuō)，就是加熱的速度，超越了物質(zhì)膨脹和熔化的速度。

◆ 04 這項(xiàng)研究到底有什么用？

你可能會(huì)問(wèn)，讓黃金在超高溫下不熔化，除了發(fā)一篇頂刊論文，對(duì)我們普通人有什么用？

用處太大了！這扇門(mén)一打開(kāi)，后面可能是一個(gè)全新的世界。

1. “人造太陽(yáng)”的催化劑：可控核聚變是人類(lèi)的終極能源夢(mèng)想。在聚變反應(yīng)中，燃料靶丸就會(huì)被壓縮到這種“溫?zé)岢砻堋钡臉O端狀態(tài)。能精確測(cè)量其溫度，就能更好地設(shè)計(jì)反應(yīng)路徑，讓人類(lèi)離“人造太陽(yáng)”更近一步。

2. 解密行星核心：地球、木星等行星的核心，就是超高壓、超高溫的物質(zhì)。利用這項(xiàng)技術(shù)，我們可以在實(shí)驗(yàn)室里模擬這些條件，從而揭開(kāi)宇宙深處的奧秘。

3. 創(chuàng)造“不可能”的材料：既然可以打破“熵災(zāi)”極限，意味著我們或許可以通過(guò)超快加熱和冷卻，創(chuàng)造出一些在自然界不存在的、擁有奇異特性的新材料。

每一次我們以為抵達(dá)了知識(shí)的邊界，其實(shí)只是推開(kāi)了一扇通往新世界的大門(mén)。 這項(xiàng)研究不僅顛覆了我們對(duì)物質(zhì)熔化的傳統(tǒng)認(rèn)知，更提供了一個(gè)前所未有的強(qiáng)大工具，讓我們得以窺探和駕馭極端世界。

參考文獻(xiàn)：

White, T.G., Griffin, T.D., Haden, D. et al. Superheating gold beyond the predicted entropy catastrophe threshold. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09253-y