在很多人口中，黃金意味著財(cái)富；在科學(xué)家眼中，它則是一種完美的實(shí)驗(yàn)材料，尤其適合拿來“煎”出真理。最近，美國SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室的一群科研人員，給黃金做了一道極限加熱大菜，結(jié)果不僅讓這塊金子成功挺過了一場“熵災(zāi)難”，還一不小心把上世紀(jì)八十年代以來的物理理論給掀了個(gè)底朝天。

他們不止“炒”了黃金，還“炸”了物理學(xué)界。

這不是標(biāo)題黨，而是《Nature》親自蓋章的學(xué)術(shù)突破。用最精煉的方式概括這項(xiàng)研究的核心成果就是：黃金在不熔化的情況下，被加熱到了1萬9千開爾文，這是它正常熔點(diǎn)的14倍，按常理早該化成一灘貴金屬湯，但它偏偏紋絲不動(dòng)，還保留了固體晶體結(jié)構(gòu)。

簡而言之，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：所謂的“熵災(zāi)難”，在極端快速加熱的條件下，根本不發(fā)生。這下，老理論該讓位了。

熱到爆也不融？黃金的倔強(qiáng)讓科學(xué)家傻眼

過去幾十年，有個(gè)物理界共識(shí)：當(dāng)物質(zhì)被快速加熱超出它的穩(wěn)定范圍時(shí)，比如超出熔點(diǎn)很遠(yuǎn)，系統(tǒng)會(huì)因?yàn)閮?nèi)部“熵”快速上升而突然崩潰。這個(gè)崩潰就叫“熵災(zāi)難”，就像超市微波爐里不小心加熱過頭的水，外表平靜，一碰就“砰”地炸開。

這理論曾經(jīng)非常穩(wěn)，幾乎沒人質(zhì)疑。直到SLAC團(tuán)隊(duì)登場。

這項(xiàng)研究由SLAC的“極端條件物質(zhì)儀器”（MEC）領(lǐng)銜完成，主力隊(duì)員包括美國內(nèi)華達(dá)大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)、普林斯頓、牛津、加州大學(xué)默塞德分校、英國女王大學(xué)貝爾法斯特分校、歐洲自由電子激光中心（XFEL）以及華威大學(xué)。這么一串機(jī)構(gòu)合起來，基本可以代表當(dāng)今高能密度物質(zhì)研究的一線水平。

他們做了件別人做不到的事：直接測出了“溫暖致密物質(zhì)”的原子溫度

這不是“估算”溫度，而是第一次真正測量到了原子的實(shí)際熱運(yùn)動(dòng)速度，從而精確還原出溫度本身。

這個(gè)聽起來簡單，做起來卻比登月還難。

“我們過去幾十年都在靠模型猜。壓力和密度能測得挺準(zhǔn)，溫度卻總是糊里糊涂，誤差大得離譜，”SLAC物理學(xué)家Bob Nagler說，“這直接拖累了我們對(duì)高能系統(tǒng)的理解?！?/p>

現(xiàn)在，他們不再猜了，而是把猜測升級(jí)為“實(shí)錘”。

怎么測溫度？拿激光煎黃金，再射X光“聽它跳舞”

他們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)堪稱科幻片既視感。研究團(tuán)隊(duì)拿一片納米級(jí)厚度的金箔，先用激光快速加熱。這個(gè)加熱速度非常極端，大約在皮秒級(jí)別（1皮秒是1萬億分之一秒），讓金子的原子幾乎在瞬間劇烈震動(dòng)起來。

然后，他們用X射線自由電子激光（LCLS）打進(jìn)樣品。X射線和震動(dòng)的金原子碰撞后會(huì)發(fā)生“散射”，就像聽眾聽到歌手的顫音一樣，X射線頻率也會(huì)發(fā)生微妙的偏移。這種偏移量直接告訴我們?cè)釉谔嗫斓摹盁嵛琛薄?/p>

跳得越快，溫度越高，物理就這么樸素。

“我們這項(xiàng)技術(shù)的精度，幾乎可以在1,000到500,000開爾文之間自由取溫?！盢agler語氣里充滿自豪。

這就像科學(xué)家以前都在閉著眼抓熱鍋，現(xiàn)在，他們終于戴上了熱感夜視儀。

黃金直接沖破“熵災(zāi)難”理論上限，完好無損

按照傳統(tǒng)熵災(zāi)難理論，物體如果超出某個(gè)臨界溫度，就會(huì)突然融化、沸騰、瓦解。比如水在光滑容器里加熱過頭，沒來得及冒泡就被打翻，瞬間爆開。

而黃金在這次實(shí)驗(yàn)里，不僅被加熱到了33,740華氏度（差不多1萬9千開爾文），還保持著完美晶體結(jié)構(gòu)，完全沒“炸”。這比它的熔點(diǎn)（1337K）高了14倍，離液化、氣化早該一腳踩進(jìn)地獄，可它竟然活了下來。

研究團(tuán)隊(duì)解釋說，這種“幸存”不是偶然，而是因?yàn)榧訜崽?，金子還沒來得及膨脹松散，結(jié)構(gòu)就定型了。換句話說，熵災(zāi)難理論并不總成立，尤其是在加熱速度快到三觀崩塌的實(shí)驗(yàn)中。

團(tuán)隊(duì)主力Tom White教授干脆笑著說：“我們當(dāng)然沒違反熱力學(xué)第二定律，我們只是告訴大家，這種所謂災(zāi)難，并不如大家想象中那樣不可避免?！?/p>

一句話總結(jié)：只要你加熱得足夠快，宇宙可能沒那么快崩潰。

這可不是小打小鬧，而是高能物理界的一記重拳

這項(xiàng)成果的重要性，不止在于“金子烤不化”這么簡單，它本質(zhì)上告訴我們：很多過去被認(rèn)為是“極限”的臨界值，其實(shí)都是方法學(xué)的錯(cuò)覺

幾十年來，研究者對(duì)像恒星內(nèi)部、行星核心、核聚變反應(yīng)堆這些高能環(huán)境中的溫度估算，可能都偏離了真實(shí)值。而這項(xiàng)研究，終于提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺子。

更讓人興奮的是，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在別的領(lǐng)域開花結(jié)果。比如，今年夏天，研究團(tuán)隊(duì)又用它去測了一些被沖擊壓縮的材料，模擬地球深層或木星內(nèi)部的極端狀態(tài)。

Nagler說：“我們研究聚變?nèi)剂蠒r(shí)，必須知道它們?cè)谑裁礈囟认虏艜?huì)相變，才會(huì)點(diǎn)燃。以前我們一直靠猜，現(xiàn)在終于有辦法實(shí)測了?！?/p>

這不僅是理論物理的突破，也是核聚變工程的助推器。

未來，在慣性約束聚變、超新星模擬、高壓材料科學(xué)等領(lǐng)域，這種新式“原子溫度計(jì)”都能派上用場。

參考：

DOI: 10.1038/s41586-025-09253-y