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颠覆40年的物理学理论 黄金在33740°F(19000开尔文)高温下 依然坚挺,超过其熔点的14倍 首次直接测量了极端材料中的原子温度 远远超出熵灾变极限 这项由美国SLAC国家加速器实验室、内华达大学等机构联合完成的研究,发表于2025年7月《自然》杂志,首次在实验中实现极端高温下原子温度的精确测量,并颠覆了统治物理学界40年的“熵灾变”理论。以下是核心发现与技术解析: 🔥 实验核心突破 极端超热状态 研究团队利用飞秒级激光脉冲(持续50飞秒,即5×10⁻¹⁴秒)以每秒10¹⁵开尔文的速率轰击50纳米厚的金箔,使其温度瞬间飙升至19,000 K(约18,627°C),相当于黄金熔点(1,337 K)的14倍,甚至超过太阳表面温度(5,500°C)的三倍。然而,通过X射线衍射分析,金原子仍稳定在晶格位置,未发生熔化。 颠覆“熵灾变”理论 传统理论(1988年提出):当固体温度升至熔点的3倍(T≈3Tm)时,其熵(无序度)会超过液态熵,引发“熵灾变”,导致晶体结构必然崩溃。 实验结果:金在14倍熔点温度下仍保持固态,且通过直接测量证实固态熵始终低于液态熵,证明熵灾变临界点被绕过。这一结果完全推翻了原有理论框架。 ⚙️ 技术革新:原子级温度的直接测量 非弹性X射线散射技术:利用SLAC的直线相干光源(LCLS)发射超短X射线脉冲,通过分析散射光子能量的多普勒偏移,直接计算原子振动速度,从而精确测定离子温度,误差小于5%。 时间尺度的关键性:整个加热与测量过程在40飞秒内完成,远快于晶格膨胀或原子位移的时间(约1皮秒)。这导致原子在获得极高动能时,来不及脱离晶格位置,从而“冻结”了熔化过程。 ❄️ 为什么黄金没有熔化? 常规熔化依赖晶格膨胀和结构弛豫(需皮秒级时间),而超快加热在飞秒级完成能量注入,抑制了晶格膨胀。此时,固体的熵增长仅来自原子振动,而非结构无序化,因此始终低于液态熵,成功规避了熵灾变。 🌌 科学意义与争议 重新定义高温物质行为 实验证明:超快加热条件下,固体的热稳定性可能不存在绝对温度上限。这为高能量密度物理(如行星内核、聚变反应)提供了新模型。 学界争议点 温度概念的适用性:在非平衡态下,电子与离子系统能量分布不均,传统温度定义可能失效。 理论普适性:熵灾变理论是否仅适用于平衡态?超快过程是否需要发展非平衡热力学
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