冰为什么这么滑？

　　文/ 从落

　　温度的魔法

　　冰，是水在低温环境下的奇妙“变身”。其变身过程蕴含着奇特的科学奥秘。当环境温度下降，喜欢到处闲逛的水分子也会变得懒洋洋的。在标准大气压下，一旦温度降至0℃，水分子之间就会达到一种特殊的平衡状态——以有序的方式排列，形成六角形的晶格结构，这便是冰晶体的雏形。

　　在冰晶体生长前，水或其他物质中存在一定量的微小晶核。这些晶核就像一粒粒“种子”，周围那些有序排列的水分子会不断地附着上去，于是冰晶逐渐生长、壮大起来。在自然界中，当气温降低时，云层中的水汽会直接凝结成冰晶，众多冰晶相互聚集、结合，形成雪花，从空中飘落。当大量的雪花堆积在一起，在自身重力和外界压力等因素的作用下，它们之间的空隙逐渐减小，雪花的形状也逐渐改变，最终形成坚实的冰层。

　　争论不休的“滑”

　　100 多年以来，科学家们对“冰为什么会这么滑”一直争论不断，还为此提出了多种有趣的猜想，但这些猜想都没有离开“摩擦力”这一讨论支点。“滑”与摩擦力之间存在着密不可分的关系。

　　早期， 人们认为冰滑是因为冰面有一层薄薄的液态水膜， 但没有得到证实。19 世纪50 年代， 电磁感应定律的发现者迈克尔·法拉第观察到两块挨着的冰会冻在一起的现象，就此，他提出冰的表面本身就覆盖着一层液态水膜的猜想。当物体与冰面接触时，这层水起到润滑作用，减少了摩擦力，使得物体能够顺利滑动。

　　然而，即使在极低的温度下，冰面依然具有滑性，这似乎与水在低温下应凝固的常识相矛盾。于是，新的观点出现了——压力融解说。1886 年，爱尔兰物理学家约翰·乔利借用滑冰运动来论证这一理论。通过计算，他发现人如果站在极薄的冰刀上对冰面的压强有466 个大气压，冰的熔点会从0 ℃下降到-3.5℃。也就是说，滑冰运动员的锐利冰刀与冰面接触，会产生较大的压强，从而降低熔点，因此，在两者的接触处，就会产生水膜，使得摩擦减小。约翰·乔利的理论是正确的吗？

　　不是！首先，冰刀站在冰面上确实会产生较大的压强，但根据现有的研究和实验数据，这个压强远达不到466 个标准大气压。其次，在中国极北的漠河，冬天温度可是能低到-50℃的，生活在那里的人们同样能在冰面上“打出溜滑”。因此，约翰·乔利的解释并不够精准。

　　到了20 世纪，人们基于摩擦生热现象又提出了一种理论——摩擦融解说。1939 年，两位英国科学家同样借用滑冰运动来论证这一观点。当运动员的冰刀在冰面上高速滑动时，两者的接触面会因摩擦而产生热量，使得冰刀附近的冰融化，并瞬间形成一层水膜。这种理论看似解释了“为什么速度越快，冰面似乎越滑”的现象。然而，转头一想，当人们只站立在冰面上，并不移动，冰面上的摩擦力也不产生热量，脚底与冰面也就没什么水膜时，人们依旧会“滑”得手忙脚乱。

　　到了21 世纪，科学家又提出了一个观点——冰的表面本来就有一层水膜。这个观点与100多年前迈克尔·法拉第的观点有相似之处。在精密仪器与高新技术的加持下，科学家发现，冰表面的水分子具有特殊的活动性。由于冰晶体表面的分子受到内部晶体结构的束缚相对较小，于是它们能够在一定程度上自由振动和移动，形成一种类似“准液态层”的结构，里面住满了一群调皮的名为“准液体”的“混血儿”，其成分为水与微小碎冰的混合物，也就是说这群“混血儿”非冰非水，又亦冰亦水。目前，“准液体说”是“冰为什么这么滑”的最贴合的解释。

　　“滑”进千万家

　　虽然“冰为什么这么滑”一直是人们探究的谜题，但冰的滑性给人们的生活带来了极大的便利，尤其是在交通领域。在冬季的北方地区，冰上运输曾经是一种重要的运输方式。当河流湖泊结冰后，人们利用冰的滑性，驱使动物在冰面上拉雪橇，运输货物和人员。在常年冰雪覆盖的寒冷地区，如北美、北欧及中国东北，过去人们会选择猎犬和驯鹿作为主要运输方式，尽管速度相对较慢，驮载量有限，但已经是当时技术条件下高效且可靠的运输方式。在过去交通不便的年代，这些动物为人们的生产、生活提供了有力的帮助。如今，狗拉雪橇、雪地摩托等冰上活动也成了人们去东北旅游时，一定要体验的网红打卡项目。

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