物理学家将黄金超高温加热至比太阳表面更热，并推翻了一个有40年历史的观点

最近，研究人员将一块固态金样本加热到19,000开尔文（33,740华氏度）——比太阳表面还热——却没有使其熔化。这个过程被称为“过热”（superheating），这项成就本身已经令人印象深刻，但这项工作还取得了另外两项重大突破：研究人员首次直接测量了如此高的温度，并且他们推翻了关于固体过热的一个长期存在的预测。测量极端高温物体的温度非常困难，其中包括“温稠密物质”，例如太阳等离子体、行星核心以及人造核聚变反应堆的内部。此前，研究人员不得不以巨大的误差范围来估算这些温度。但现在不同了。正如上周发表在《自然》杂志上的一项研究所详述，一个国际科学家团队用激光将一块薄薄的固态金片进行过热。然后，他们用一束X射线脉冲射向这个仅有50纳米厚的样本，X射线从金的过热、振动原子上反弹。通过测量反射X射线频率的变化，研究人员能够测量出金原子的速度和温度。内华达大学里诺分校的物理学家、该研究的主要作者托马斯·怀特（Thomas White）告诉《科学美国人》的克拉拉·莫斯科维茨（Clara Moskowitz），金的温度“非常令人惊讶”。他说：“当我们看到它实际达到了多高的温度时，我们完全震惊了。”这是因为20世纪80年代的一个长期理论认为，固体的过热温度不能超过其熔点的大约三倍。内华达大学里诺分校的一份声明指出，这个极限被称为“熵灾难”，是固体被认为会自发熔化的临界点。怀特在SLAC国家加速器实验室的一份声明中解释说，尽管此前的一些研究表明快速加热材料可以避免这些限制，但“熵灾难仍被视为最终的边界”。不用说，在19,000开尔文的温度下，固态金样本突破了这一界限，加热到其熔点（约1,300开尔文）的14倍以上。研究团队认为，加热的速度可能阻止了金的膨胀。他们仅用45飞秒（即十亿分之一秒的四千五百万分之一）就将金加热到了创纪录的温度。牛津大学物理学家山姆·文科（Sam Vinko）——他没有参与这项研究——告诉《新科学家》的亚历克斯·威尔金斯（Alex Wilkins）：“这里引人入胜的是，它提出了一个问题：是否有可能通过足够快地进行操作，从而超越几乎所有的热力学原理，使得热力学在你通常理解的意义上不再适用？”研究团队指出，热力学第二定律（即无序度随时间增加）仍然成立——他们的工作并未推翻它。怀特告诉《自然》杂志的丹·加里斯托（Dan Garisto），那是因为金原子在变得无序之前就达到了其极端温度。即便如此，根据《新科学家》的报道，研究人员现在面临着一个他们在大约四十年前几乎认为已经完全解决的问题：物体在熔化之前究竟能达到多高的温度？SLAC的声明称，如果一种材料加热得足够快，可能就没有限制。如果没有该团队的新方法，调查这个问题会困难得多。事实上，SLAC的资深科学家鲍勃·纳格勒（Bob Nagler）告诉《科学美国人》，这项研究“最大的持久贡献将是我们现在有了一种真正准确测量这些温度的方法。”纳格勒和他的同事们的工作为研究更多的“温稠密物质”铺平了道路，例如模拟行星内部和核聚变反应堆。