孫瑜

冰為什么那么滑？這個(gè)看起來(lái)再普通不過(guò)的現(xiàn)象，卻困擾了科學(xué)家多年。

1987年，科學(xué)家通過(guò)X射線成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)，冰面上應(yīng)該存在一層非常薄的水分子層，厚度約在100納米量級(jí)。這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)了冰的表面確實(shí)存在著一層準(zhǔn)液體。

當(dāng)水結(jié)冰時(shí)，每一個(gè)水分子都會(huì)通過(guò)氫鍵抓住其周圍的水分子，形成晶體結(jié)構(gòu)。但是表層的水分子周圍缺少其他水分子，因此沒(méi)有辦法形成如冰塊內(nèi)部那般規(guī)則的結(jié)構(gòu)。

一項(xiàng)發(fā)表于《自然》雜志的研究顯示，科學(xué)家通過(guò)設(shè)計(jì)一種可以“聽(tīng)”的測(cè)力儀，能夠測(cè)量這層準(zhǔn)液體的力學(xué)特性，并從微觀角度探討冰為什么滑。在實(shí)驗(yàn)中，玻璃珠會(huì)像一個(gè)小冰刀一樣，以幾十微米的距離尺度在同一區(qū)域的冰面上滑行。用來(lái)振動(dòng)的音叉上附有一個(gè)加速器，可以測(cè)量玻璃珠的振蕩振幅，從而計(jì)算出玻璃珠和冰之間的摩擦系數(shù)。

最終，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這層準(zhǔn)液體并非簡(jiǎn)單的水，而是水和微小碎冰的混合物，它像油一樣黏稠，具有黏彈性。科學(xué)家認(rèn)為，這正是冰為什么滑的秘密源頭。

當(dāng)然，冰上競(jìng)技運(yùn)動(dòng)中，冰刀的存在也讓運(yùn)動(dòng)員如虎添翼。我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，水膜中的微小碎冰充當(dāng)了軸承滾珠的角色。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員腳踏冰刀飛速滑過(guò)時(shí)，冰刀產(chǎn)生的壓強(qiáng)作用使得這些微小碎冰像珠子一樣被捏爆，釋放出來(lái)的液態(tài)水增加了原本的水膜厚度，使冰變得更滑。