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看起来都像液态水，但在低温下可能不是同一种液体。

你说什么。

现在，一项新的研究表明，在低温下，水有两种状态，它们的排列方式截然不同。

目前，这已经发表在《自然》的子期刊《自然物理学》杂志上。

水作为一种不遵守热胀冷缩原理的异类，在液态下会有一些奇怪的变化。

一般来说，3.98℃是液态水的一个特殊温度，此时水的密度最大。

正是在这种低温下，水分离成两种不同的液体。

此时，水将被分离成两种不同密度的液体，一种是高密度水，另一种是低密度水。

两种液体可以相互转化，一般称为液—液相变，转变点称为液—液临界点。

但这是一个怎样的转变过程呢水是如何从低密度变成高密度的

当然，差异是无法用肉眼观察到的，需要从微观状态去探究。

为此，研究人员建立了相应的模型并进行模拟。

水中的链和结

首先要建立一个模型，因为胶体是比单个水分子大一千倍的粒子，体积比较大，运动速度比较慢，可以很好的观察和理解在小得多的原子分子尺度上也发生的物理现象。

因此，研究人员建立了一个胶体水模型进行研究。

他们设计了水的胶体类似物:三个斑点颗粒，充分考虑了水的四面体。

具体来说，标记为面片A和B的能量和几何信息被编码到粒子中。

用能量学来促进离散四面体团簇的形成，由强A—A相互作用驱动，然后由弱B—B相互作用形成四面体网络流体。

之后用水的热力学异常验证胶体模型，证明其存在液—液临界点。

确认后，水的胶体模型已经建立，接下来就要模拟低温下的低密度水和高密度水。

在模拟的网络图中，可以直观地看到低密度水中没有环状结构，而高密度水中存在大量的三叶形纽结，Hopf链等环状结构。

除了这些结和链，高密度水网络中还有许多打结的θ曲线，可以看作是两个纠缠的融合环。

因此，可以初步证明，水从非纠缠态到纠缠态的转变可以用来解释微观状态下的液—液相变。

为了证明这一结论在分子水中仍然适用，研究人员使用了水中常见的TIP4P/Ice和TIP4P/2005两种分子模型进行模拟。

在这两个模型的建立过程中，并没有严格遵守四面体配位，但仍然存在一级液—液相变和相应的液—液相临界点。

因此，研究人员也对两个模型进行了类似的拓扑分析。

结果表明，在低密度水中，有少量的链环，但没有打结结构，而在高密度水中，除链环外，还有三叶结和θ曲线，环状结构的含量远高于低密度水中。

总的来说，从胶体模型到分子模型的模拟实验，纠缠和非纠缠都可以看作是水在两种状态下转化的一个拓扑特征。

通过追踪模型中的链和结，可以发现液—液相变中的秘密。

值得一提的是，胶体模型在这个模拟过程中也发挥了重要作用。

的里雅斯特港高级国际研究所教授克里斯蒂安·米凯莱蒂说:

水胶体模型为液体的大规模研究开辟了新的视角。

而且传统的液体局部结构分析很难发现一些相变现象，但是通过追踪网络中的节点和链路可以发现这些现象。

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