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

這簡直逆了個天！但你并沒有看錯，這是7月23日發(fā)表在頂刊《自然》上的真實研究成果。這一發(fā)現(xiàn)，就像一顆重磅炸彈，直接挑戰(zhàn)了物理學(xué)界一個長達40年的“金科玉律”，很可能將改寫未來的物理教科書。

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，讓我們一步步揭開這個驚人實驗背后的秘密。

◆ 01一個被奉為圭臬的“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“物質(zhì)熔化的終極死線”。這個理論認為，任何固體，無論你用多快的速度給它加熱，一旦溫度高到某個極限（大約是其熔點的3倍），它內(nèi)部的混亂程度（也就是“熵”）就會達到和液體一樣的水平，此時它將不可避免地、瞬間地、災(zāi)難性地熔化。

40年來，這個理論就像一個“物理預(yù)言”，是高溫物理研究中一個公認的邊界。沒人想過，這個邊界竟然可以被打破。

◆ 02如何給一萬九千度的原子測體溫？

要挑戰(zhàn)這個極限，首先你得有個能精確測量極端高溫的“神器”。

但要給幾萬度的物質(zhì)測溫壓根不現(xiàn)實，因為普通溫度計遠遠達不到這個溫度就已經(jīng)灰飛煙滅了。這也是幾十年來困擾科學(xué)家的難題：我們能創(chuàng)造極端高溫，卻很難精確測量它的溫度，誤差大到“估算基本靠猜” 。

而這次，來自SLAC國家加速器實驗室、內(nèi)華達大學(xué)等機構(gòu)的頂尖科學(xué)家們，發(fā)明了一種全新的測溫方法。他們使用的設(shè)備堪稱“美國重器”——直線相干光源（LCLS）。

整個過程如同一次精密的“原子狙擊”：

1. “加熱”：科學(xué)家用一束超強超快的激光，在萬億分之一秒內(nèi)，閃電般地轟擊一片比頭發(fā)絲還薄的金箔。

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

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

當他們用這雙“火眼金睛”讀出數(shù)據(jù)時，所有人都驚呆了——在好幾個皮秒（1皮秒=1萬億分之一秒）的時間里，黃金的溫度飆升到了19000開爾文（約等于19000攝氏度），是其正常熔點（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 為什么它沒有熔化？答案是：快！

為什么黃金沒有熔化？難道是熱力學(xué)第二定律失效了？

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

天下武功，唯快不破。原來在物理世界，這句話同樣適用。

這次的加熱速度達到了驚人的每秒千萬億度（101? K/s）。這是什么概念？它快到連黃金原子自己都“沒反應(yīng)過來”。

你可能做過這個實驗，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，餐具會留在原地。這個實驗異曲同工。

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

超快加熱：在萬億分之一秒的時間尺度上，能量瞬間注入，原子被“原地加熱”，劇烈振動，但晶格根本來不及膨脹和擴張。由于沒有膨脹，其內(nèi)部的“熵”增長方式就和傳統(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”了熔化機制，在遠超理論極限的溫度下，維持了固態(tài)。

簡單說，就是加熱的速度，超越了物質(zhì)膨脹和熔化的速度。

◆ 04 這項研究到底有什么用？

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

用處太大了！這扇門一打開，后面可能是一個全新的世界。

1. “人造太陽”的催化劑：可控核聚變是人類的終極能源夢想。在聚變反應(yīng)中，燃料靶丸就會被壓縮到這種“溫?zé)岢砻堋钡臉O端狀態(tài)。能精確測量其溫度，就能更好地設(shè)計反應(yīng)路徑，讓人類離“人造太陽”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)。利用這項技術(shù)，我們可以在實驗室里模擬這些條件，從而揭開宇宙深處的奧秘。

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了知識的邊界，其實只是推開了一扇通往新世界的大門。 這項研究不僅顛覆了我們對物質(zhì)熔化的傳統(tǒng)認知，更提供了一個前所未有的強大工具，讓我們得以窺探和駕馭極端世界。

參考文獻：

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