通常情况下，金在1064℃以下保持固态，但薄金片可以在短时间内被加热至远超此温度而不熔化。图片来源：Alexis Huguet

本报讯 在一项7月23日发表于《自然》的研究中，固态金被瞬间加热到熔点的14倍仍未熔化，这几乎绕过了热力学定律。

数十年来，物理学家一直认为，将金和其他固体材料加热到熔点的3倍以上而不熔化是不可能的。如果材料在保持固态的情况下超过这一阈值，将导致“熵灾难”，即在理论上，材料的固态相比液态相具有更多的熵或无序，而这种情况违反了热力学第二定律。

但是这一次科学家使用激光在万亿分之一秒内将金快速加热至熔点的14倍，这是远超理论极限的温度。论文作者之一、美国内华达大学里诺分校的物理学家Tom White表示，金原子在膨胀和变得无序之前就达到了这个温度，因此该结果并不违反任何热力学定律。

如果非常小心地加热，某些固体材料的极纯样品可以被“过热”，即达到超过熔点的温度而不熔化。例如，银通常在961.8℃熔化，但在适当的条件下，可以被加热至986℃并保持固态。理解过热现象对于研究熔融行星的内部等具有重要意义。

1988年，物理学家计算出了过热的理论极限，结论是，任何物质都不能被加热到熔点的3倍以上而保持固体状态。超过这一极限，固态的无序程度将超过液态。由于很难在短于1纳秒的时间间隔内测量温度，因此观察过热固体的尝试受到了阻碍。

此次，研究团队利用激光加热50纳米厚的金样品，直到金离子因具有了动能而发生摇摆。然后，他们向金样品发射X射线光子，并测量了光子从样品表面反弹时的能量变化，从而推断出金的温度在几千摄氏度以内。

利用这种测量方法，研究团队观察到激光可以在几万亿分之一秒内将熔点为1337开尔文（1064℃）的金过热至1.9万开尔文左右。

在同行评审中，审稿人承认该技术的重要性，但就温度测量的有效性提出了广泛质疑。一个困难在于，测量结果在统计上是有限的。只有非常少的X射线光子——每100亿个中只有10个会从金表面弹回并被检测到。

爱沙尼亚塔尔图大学的计算物理学家Artur Tamm在审阅这篇论文时指出了另一个问题：如果金样品中的原子未处于稳定的热平衡状态，则反弹的光子可能无法携带关于样品温度的准确信息。Tamm说，该实验提供了有价值的数据，但他对推断温度的方式持怀疑态度。

研究团队承认技术上的局限性，但认为结果在统计学上是可靠的，并且金达到热平衡的速度相对较快。White表示，他的团队已经发现了初步迹象，表明银也能超过预测的熵坍缩阈值。 （文乐乐）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09253-y