“7号冰”的形成能让地球上的海洋全部冻结？“7号冰”究竟是啥？

综述

在日常生活中，我们经常可以接触到许多物理变化。例如火焰燃烧的运动，流体在不同运动状态下的改变，水的三态变化等等，这些在物理学上被称之为“相”。

对物质状态的变化亦可用相的转变来表达，这种相的转变在每种结构上会出现一些特有的性质。日常生活中我们常见的相有三种状态，气态、固态、液态。

在物质成为气态时，无论物质是否有容量都会进行膨胀扩散；在固态时，物质拥有固定的形状和容量，分子之间因相互吸引的作用只会在固定位置运动；而在液态时，分子间相隔有些距离，但仍有一定的吸引力，活动也在有限的范围内。

物质形态‍

随着科学家在物理研究上的不断深入，除了我们所熟知的这几种形态外，还有更多的物质形态结构出现。这些物质形态普遍超出了正常环境的范畴，除非科学研究，一般人很难见到这些奇异的物质。

例如“超流体”，这种物质的粘度值为零，物体可以不断地流动，而且拥有无限大的传导率。

或者在近些年偶尔会听到的“超导体”，这种近乎为零电阻的物质拥有完美的导电性，在许多高精尖的科学仪器上都会有使用，比如在“核磁共振仪”中就会使用这种物质作为机器的重要核心部件。

而水在我们日常生活中是非常常见的一种物质，水的三种形态相信大家都再熟悉不过了。水在地球上最为常见的状态为液体，同时液态水也是一种牛顿流体，液体状态下的水无论受力如何，整个流体状态都能继续流动。

而霜作为水的另一种表现形式，整个形成过程非常迅速，物质形态直接从气态转化为固态。

另外，水在成为固态转变为冰时，这个变化过程会有许多不定因素，最终让冰有多种形态的出现。

根据目前的推算，冰的形态结构有十几种，冰的多样化主要是依据自身的晶体结构来区分。而在这些冰体结构中，有一种特别奇特的7号冰，据称，这种冰体的出现甚至能冻结地球上的全部海洋。这是真的吗？7号冰究竟是什么物质？

要了解这个，我们需要先明白，物质的形成都需要一定的特殊条件，7号冰也不例外，甚至它只能在极端的环境状态下才能够形成。

极端环境‍

通常来讲，极端环境都包含了极端的状态，比如超高温、超高压、超磁场、超低温等等，一旦物质进入到极端状态，普通的物理学便很难对其进行基本的阐述了。

在极低温下，物质会越接近基态，热扰动所带来的退相干扰非常小，这时会出现许多奇异的量子效应。如果在强磁场的作用下，物质运动还会出现许多奇特的性质。

例如氦4这种玻色子组成的物质，在低温下成为基态，然后变化为玻色爱因斯坦凝聚态，这会是一种粘度为零的超流体的存在。

另外在“手征磁效应”中，手性粒子在极端磁场下的运动，高温的出现会让真空态下左右手性粒子出现不对称。在离子对撞机的重离子对撞实验中，手征磁效应下还能够产生夸克胶子等离子体。

此外，在日常生活中能够见到这种极端物质的其实也有一些。例如钻石的形成，这种特殊结构的碳晶体就需要在高温高压才能够形成。

当然，无论是超导体还是钻石这些，都是人类科技能够做出极端物质的最高水平了。跟整个宇宙相比，目前人类能够制作的极端物质都只能是小打小闹。

冰巨星‍

在宇宙中，这类极端物质的形成可谓轻而易举，而且普遍存在于各个地方。近几年在宇宙里发现了不少类地行星，一些还有着超级地球的称呼。

作为已知生命体的需求中，水是重要的存在，这些超级地球大多都含有不少水分，但是否存在生命还未知。

在部分物质的结晶上，甚至有远超地球上的特殊晶体，通常这类特殊晶体的内部原子排列会以特别规律的方式进组成。

之所以有这种特殊结构，往往离不开极端的压强。在这种极端压强下，原子之间的连接方式完全改变，更内圈的电子会参与进来，彻底改变物质原有的化学反应性质。

冰巨星就是这类行星的代表天体，这是一种主要由氧、碳、硫等物质组成的行星。在太阳系中，天王星和海王星就属于这类巨行星。

冰巨星有着变化极大的大气模式，比如极地漩涡、大尺度环流等，目前没有任何模型能够很好地解释这些气候系统。

因为在这些天体中，行星本身足够大，能有更强的引力和磁场。另外还有着低热导率，同时行星内部的压力高达数百吉帕，温度也非常极端。

在这种极端环境下，冰聚星的主要物质大部分都是固体状态，例如冰晶体、甲烷结晶等。在一些特定情况中，甚至会有超临界流体的存在。

7号冰‍

通常来讲，液态水其实在宇宙中不太常见，拥有液态水的星球所处位置更接近宜居带或者处于宜居带。

水在宇宙里更常见的形态实则是冰。冰在宇宙中可谓非常丰富，在一些发现的彗星或者小行星上就有冰的存在，即使在太阳系边际地带的奥尔特云也会有冰的生成。

如前文所言，冰有很多种状态结构。

根据现有的研究发现，冰分子在温度和压力这两者的变化下能够表现出19种形态。例如当水慢慢冷却至零下253度时，会出现量子穿隧效应，可谓相当惊人。

不过近年来的研究发现，还有一种极其特殊的冰晶体存在，这种冰晶体就是我们要说的7号冰“冰7”。

对于冰7的发现，最早并不像字面上大家所想的那样是在冰的研究上了解的，而是在钻石中。现在我们都已知道，自然界中的钻石是在地球的超强压强下产出的一种结构稳定且坚固的碳原子结晶体。

钻石在地幔高热高压的环境中形成时，一些碳原子结晶时会包裹一些来自过渡区周围的液态水，高温阻止了水在高压下结晶，碳原子晶体形成低纯度的钻石。

地质活动的变化将钻石抬升至地表，坚硬的晶体外壳依旧保持了高压的状态，但温度下降了，这便导致水在其中冻结为冰7。

最初科学家们想要了解在地球的地幔中实际储存了多少水，地壳下的地幔虽然有着巨大的压力和热岩，但在地幔过渡带仍有大量水存在。钻石中水这个发现不仅让科学家对水在冰晶体的结晶过程中有了新的认识，在未来可能还会重新计算地球的含水量。

与其他的普通冰晶体不同，冰7的水分子排列整齐或者排成一列。冰7的形成非常苛刻，其形成环境不仅有高温，还要有超过大气压的一到十万倍的压强。

研究人员通过对冰7的初步了解后得知，冰7首先形成分子簇，然后以纳秒的超高速在水中扩散，不需要一个缓慢的潜热去除过程。

在数学模型的展示下，冰7的临界点在一定的压力阈值下会以每小时1610公里的速度迅速向外延伸，并均匀成核。科学家称，如果地球上出现冰7，其能够让地球上的海洋在几小时内全部冻结，地球变成一个大冰球。

热冰星体‍

好在我们所处的地球并不会出现这种极端的环境，地球上冰7的形成在地幔中也间接地以钻石形态出现。以现有的技术水平，人类也无法制造出这种极为特殊的物质。

不过在海王星上，冰7这类物质其实并不少。海王星上的极端气候和行星作用能够很轻松地合成这类物质，水在这类冰巨星以特殊的方式存在着。在天文学家的观察中，还有一种特别的过境行星，这种行星极为特别。

天文学家在探寻地外行星时，发现了一个只有地球三分之二大小的外星世界。在对这颗星球的观察中意外发现了一个特别的星系，星系的恒星距离地球30光年，其主星为一颗红矮星。

星系位于狮子座，主星被称作格利泽436。对主星详细观察后还发现其周围也有不少绕其旋转的类地岩石行星和气态行星。

气态行星格利泽436b非常特殊，大小和海王星差不多，它的行星轨道是水星绕太阳运行轨道的13倍。

由于其行星离母星很近，格利泽463b的表面温度很高。即便在数百度的高温下，由于星球内部本身的压力极强，星球表面的水会在这种奇异的热冰状态下变为冰7。

目前科学家对于冰7的物理特性和化学性质的了解还不够充分，实验室里也无法合成这类物质，但在以后的物理研究方向中兴许会提供更多的思路。

物质形态的多样性‍

物质形态的变化可谓多种多样，在材料结构上，物质的形态改变很大程度能够让原本普通的构件变得特殊。科学界也在不断地寻求一种突破，在超导体的研发中，物质形态的改变就显得尤为重要。

简单的从外在形态来看待物质本身在现代物理，尤其是量子物理上愈发吃力，在物质凝聚相上，就有凝聚态物理学。这种物质形态的研究还穿插了许多材料学、化学、纳米技术等相关学科。

超导体上的突破在凝聚相上便有玻色-爱因斯坦凝聚态中制造出的超导体。这种特殊的物质形态是一种波形式组成，温度接近绝对零度时，材料的原子会在空间上表现出涂抹增强，直到原子接近一种波浪状态的重叠。

对于我们普通人来说，这些顶尖物理学的研究似乎对我们没有什么直接的应用。但对于科学家们而言，对这些物质形态的研究能够更好地创造出超导体，带来更为高效的电子元件。除了开发超导体，研究物质形态本身其实就是在解析我们所处的这个世界。

结语‍

7号冰这种看似不可能的物质实际却广泛存在于宇宙之中，甚至在地球上也有表露。关于它的发现，则为我们提供了更多视野，拓宽了我们寻常的认知。

科学也正是因为有了这种能够突破传统的力量才会让一切充满变化，世界才会不断进步。

在未来的研究发现中，也许还会有更多令人惊奇的物质出现，每一次的新发现都意味着新的可能性。同时，这在民众的科学素养上也将不断地刷新固有的认知，超越偏见。寻求问题根本，记录并解答，这便是科学。