把水“逼”到218個大氣壓和374攝氏度，它就會強的可怕 #科普

你敢信嗎?普通的水被逼到極限 它就能把塑料瓶分解成我們看不見的分子 這可不是什麼魔法而是水在極端物理條件下的科學力量 很多人以為水只會在固液氣三派之間相互轉換 事實上水在極端物理條件下 它並不遵循我們常規認知的物理規則 而是會變成一種極端的狀態超臨界流體 超臨界的水它既不是液體也不是氣體 而是一種極強腐蝕性的流體 那麼到底什麼是超臨界水? 又為什麼它會有遠超常規的物理性 接下來就去一探究竟 先看水的三態 固態、液態、氣態 三種狀態在本句上歸根到底 不過是水分子抱團的方式不同 冰的水分子它比較穩定 結構上的排列也比較規則 但到了水中分子就鬆弛了 它們依靠黏性擠在一起 但每個水分子都可以自由移動 但這時體積基本是固定的 水蒸氣分子就更活躍 它可以不停地進行擴散 根據溫度和壓強不同 水可以在這三種形態之間來回切換 如果把溫度設為橫走壓強設成豎軸 那麼我們就可以得到一個像圖 水的三態就像三塊背線分開的拼圖 比如在一個大氣壓下 零攝氏度以下是冰零到一百攝氏度是水 超過一百攝氏度就是水蒸氣 這個像圖不難理解 只要溫度和壓強發生變化 水就會出現像態的變換 當坐標處於區域界線時 水的兩種像態就處於共存 舉個例子我們在標準大氣壓下加熱一塊冰 當溫度到達零攝氏度冰就會融化 但融化了這個過程水溫它只會保持零攝氏度不會發生變化 這時冰和水就處於共存的狀態 這就是坐標處於區域界限時兩者的共存 但當大氣壓處於0.006 溫度處於0.01攝氏度時 水可以三種向態共存 但不管這三種向態如何轉換 它都是我們認知的水分子結構發生的變化 關鍵是在右上角 這裡有一片突然斷開的分界線 這纔是我們認知外的超臨界態 斷開的地方叫臨界點 它對應的是374攝氏度的高溫 和218個大氣壓的高壓 這種條件一般在地球上它不會自然出現 但我們可以創造出這種條件 現在我們來做一個演示 先把水裝進能扛高溫高壓的特製容器 然後一邊加熱一邊擠壓 剛開始容器裡一半是液態水 一半變成了水蒸氣 我們可以看到中間有清晰的分界線 但隨著溫度和壓強的不斷上升 容器裡水蒸氣受壓縮的作用 水分子擠在一起密度越來越大 相反液態水卻被烤得越來越散 水分子運動加劇密度逐漸變小 隨著溫度和氣壓繼續上升 液態水和水蒸氣的區別變得越來越不明顯 當溫度達到374攝氏度 壓強達到22.1兆帕時 中間的分界線就消失了 這時的水既沒有了液體的固定體積 也沒有了氣體的無限擴散 而是變成了一種全新的形態 超臨界態 這種超臨界態它既不是液態也不是氣態 或者說它既是液態又是氣態 但有一點可以肯定 它具有極強的流動性 這讓超臨界水不僅兼具極強的氧化和腐蝕性 還具有極強的分解性 它不僅能將礦泉水瓶子直接分解成極小的塑料分子 還能通過氧化作用將其中有機分子轉化成無機分子 換句話說 就是它能把一個完整的礦泉水瓶子變成二氧化碳和水 說到這可能有很多人不理解它是怎麼做到的 要知道超靈界水本身具有超過374度的高溫 和22.1兆帕的高壓 而市面上的礦泉水瓶子主要材質為PET 在高溫高壓作用下塑料瓶會被超靈界水完全滲透 專業的說法就是PET的長鏈結構會被打破 這就好比一條金項鏈被你拆成了黃金的單質 結構被破壞它就變成了數萬分子的長鏈 但這個長鏈它不是堅不可摧 PET主要是對本二甲酸和乙二醇通過質鑒構成的聚合物 而PET分子的質鑒在一開始就已經被打破 所以現在就只剩對本二甲酸和乙二醇兩種物質的分子長鏈 但這兩種物質有個共同點 它們都是碳氫氧三種元素組成 又因為超靈界水本身具有極強的氧化性 所以這兩種物質的分子都會被氧化 最終分子中的碳元素跟氧結合成二氧化碳 氫元素跟氧氣結合成水 這樣一來，礦泉水瓶子就徹底變成二氧化碳和水了 因此，超臨界水很快被用在了塑料垃圾等廢品的分解 因爲它不僅能將塑料垃圾等公害直接嚼碎 而且它最終變成的是無害的二氧化碳和水 不僅比傳統焚燒處理的更乾淨 而且還不會產生有害氣體 不僅如此，因爲它極強的氧化性 它還被用到了我們生活中很多有機廢水的處理 包括化工製藥的那種高濃度有機廢水 最終都是將廢水的有機物徹底氧化成無害的二氧化碳和水 而且是沒有二次污染 然而，根據超臨界水的原理 還有人意外發現二氧化碳也能變成超臨界流體 而且二氧化碳只需要在31攝氏度 7.4個大氣壓下就會變成超臨界二氧化碳 它的出現，不管用它洗個芯片或者電路板 又或者洗個咖啡豆 它都不僅能像氣體一樣鑽進要清洗的縫隙 還能像液體那樣把污垢抓出來 關鍵是洗完之後只要進行減壓操作 二氧化碳就會變成氣體跑掉，可以說完全不留殘留 這就是超臨界流體 如果把一塊石頭無限的分割下去 最終會得到什麼 答案你可能萬萬沒想到 一開始大家都在猜 最厲害的要說古希臘哲學家德摩克利特 他認為分割的盡頭是不可再分的原子 但你要說原子是什麼他也不知道 但他這一壺猜竟被科學界持續認可了2000多年 直到1789年才終於有人發現了問題 這個人就是拉瓦西 他是最早發現氫氣和氧氣點燃之後生成水的第一人 而且還僅憑一己之力成功摧毀了古老的燃塑說 因為他發現水可以分解成氫氣和氧氣兩種元素 但氫元素和氧元素不能再分解 所以他就認為物質分解到最後不是什麼原子 而是一些單一的元素 但是他不知道這些元素是怎麼結合成物質的 然後1803年道爾頓給出了解釋 道爾頓是個相當厲害的天才神童 12歲就做了教師 因為出生貧寒知識基本都是靠自學的 但厲害的是他通過天平精確地稱出了氫氣和氧氣 在水中的佔比是1比8 然後又得出氮氣和氫氣結合成氨的比例是14比3 經過一對比他發現這些構成物質的元素全都是整數 這讓道爾頓很快頓悟出一個道理 物質一定是由不可再分的原子構成的 只不過每種元素都有它的專屬原子 就拿水來說水的構成就是氫原子和氧原子 雖然他錯誤地認為水的構成是一個氫原子和一個氧原子 而並不清楚一個水分子其實包含兩個氫原子和一個氧原子 但在200多年前能得出這個結論就已經很厲害了 但1897年湯姆遜發現原子並不是最小的粒子 事情是他研究陰極射線管 當它在射線兩端加上電場後 原本比值的光束就會向正極偏轉 這說明射線是帶負電的 然後他通過計算偏轉角度得出一個驚人的結論 這種粒子的質量還不到氫原子的千分之一 最終他拆解出比原子還要小的粒子電子 而且他提出電子的存在就相當於一個西瓜模型 如果原子是一個西瓜 那電子就相當於長在裡面的西瓜子 但這個模型的壽命只持續了12年 因為在1909年 帕學生盧瑟福做了一個經典實驗 證明他錯了 實驗中盧瑟福用α粒子去轟擊金箔 原本他預想粒子會像子彈穿過薄紙一樣輕鬆通過 但事實並非如此 而是有一部分的粒子被直接彈了回來 這就好比你用炮彈去打一張紙 結果炮彈還被彈了回來 這不明擺的炮彈有問題嗎？ 於是他就推斷原子並不是像他老師說的實心體 而是在中心還有更小的原子核 而電子只是在原子核的周圍旋轉 這就好比太陽系行星圍繞太陽轉 中間太陽就是原子核 其他行星就是電子 但1913年博爾說不對 他說如果電子繞原子核轉的話 那它必然會產生電磁波消耗能量 如果能量被消耗完 那麼整個原子核就要坍塌 所以博爾認為電子是在固定的軌道上轉 這樣它才能不被消耗能量從而保持原子結構的穩定 如果電子要往一個軌道跳往到另一個軌道 它就會釋放或者吸收特定的能量 這個過程叫電子躍遷 結果這個理論只適用於氫原子 用到其他原子上就失靈了 這個問題在薛定諤方程出現後得到了解決 結果是氫原子上它總共就只有一個電子 它根本不受任何干擾 但其他原子都有多個電子相互幹擾 所以電子不再有確定的軌道而是以電子雲的形式存在 但盧瑟福並未止步 1919年他又有了重大發現 當他用α粒子轟擊彈原子核時 結果從裏面打出了帶正變的粒子 也就是質子 然而在1932年 查德威克又發現原子核裏除了質子以外還有中子 這一發現厲害直接揭開了原子彈的奧祕 當油原子核被中子撞擊時 它就會不斷地分裂再分裂 通過分裂就會釋放出巨大能量 這就是原子彈和核反應堆的原理 但這還不是最小的粒子 1960年代蓋爾曼通過高能粒子對撞實驗發現 質子和中子竟是由更小微粒構成的 這個微粒就是夸克 所以現在就得到一個基本框架 原子由電子質子中子構成 而質子和中子由夸克組成 但有一點 這些都不是看見的 而是通過物理作用感知得到的 所以你認為一塊石頭無限分割下去 最終會得到什麼呢? 有一種比賽冠軍故意多跑5.5米 卻比第二名快了131毫秒拿下冠軍 不是運氣是他在毫秒之間算出了人類都想不到的最優劫 他是怎麼做到的 這套邏輯今天從頭說清楚 他叫電腦鼠只有巴掌大小 不能聯網不能導航不能遙控 進入一個從沒見過的迷宮 邊長約3米的正方形 被牆壁切割成256個格子 每條走廊只有18釐米寬 他的眼睛只有幾個紅外傳感器 視野還不如你閉上一隻眼 地圖只在比賽開始前才公佈 公佈之後不能再修改代碼 每隻電腦鼠只有5次機會 以耗時最短的一次作為比賽成績 總時間不超過10分鐘 所以大多數電腦鼠第一趟只做一件事探路 盡可能多的學習迷宮的地圖信息 然後在剩餘的機會裏全力衝刺 最早的探路方法很簡單 就是讓電腦鼠靠著牆壁一側往前走 這種方法很容易找到位於邊緣牆角的出口 第一屆決賽這支貼墻鼠真的贏了 然後規則變了出口被移到了迷宮正中央 還增加了獨立牆壁來增加難度 電腦鼠開始在迷宮外圍不停轉圈再也進不去 它不是在解迷宮只是在沿著邊界散步 於是參賽者讓電腦鼠真正開始思考 第一個思路叫深度優先搜索 在每個岔路口選擇一個方向 當遇到死衚衕時就退回到上一個路口走另一個方向 這種方法可以讓電腦鼠深入探索迷宮內部 保證跑到終點 但他只有在無路可走時才會返回 找到的並非最短路徑 為了不走冤枉路 參賽者改進出了第二個思路 廣度優先搜索 每次遇到岔路口就將所有路徑走一遍 在確認沒有留下任何死角後 再移動到下一層的岔路口 循環往復 這樣確實能找到最短路徑 但這意味著同一段路要跑幾十次 十分鐘的時間根本不夠 面對這兩種算法的缺陷 一種更聰明的思路終於出現 洪水填充算法 這隻老鼠的第一次旅程樂觀的離譜 他假設迷宮裏根本沒有牆 畫出一條從起點到終點的最短路徑 然後直接衝過去 當然他一定會撞牆 撞到牆就把正面牆標記下來 默認其他區域依舊空白 重新規劃路徑 繼續衝再撞再標記再衝 它會給每個格子標上到終點的距離 每次碰壁立刻在腦內地圖上更新數字 像洪水一樣重新尋找下坡路 一邊跑一邊更新 永遠朝著數字減小的方向流 一旦到達終點他需要返回起點開始下一次衝刺 但返程不是浪費他把返程也當作一次新的洪水填充 反方向再做一遍 兩次下來他極大概率已經找到了真正的最短路徑 但2017年全日本迷宮大賽顛覆認知的事情發生了 大多數電腦鼠都選了那條計算出來的最短路徑 唯獨一隻叫紅色彗星的老鼠選了一條長了整整5.5米的路 並且以131毫秒的優勢贏得了冠軍 為什麼因為他算的不是距離 而是時間 那條較長路徑只需要轉彎45次 而最短路徑則需要轉彎57次 電腦鼠每轉一次彎就要減速 調整方向再加速 損失的時間遠超過多跑的路程 從此以後選手們意識到 最短路徑不等於最快路徑 比賽的重心從幾何學轉向了動力學 既然轉彎次數這麼關鍵 有人想出了一個瘋狂的辦法 走對角線 把方形走廊的網格規劃成對角線路線 一串鋸齒型折線變成一條斜線 轉彎次數大幅減少 當電腦鼠通過平行走廊時 它靠左右兩側的紅外傳感器來調整機身位置 但走對角線通道完全不同 兩側牆壁斜著出現又斜著消失 哪怕偏了一點點就會直接翻車 對角線至今仍是比賽現場翻車事故的最大來源 但回報足夠誘人 後來迷宮設計師甚至專門為對角線路線設計佈局 主動在迷宮裡加入對角通道 適配這種更快抵達終點的方式 隨著速度越來越快新問題來了 電腦鼠過彎時釐清力會把它往外甩 能把它拉回來的只有輪胎和地面的摩擦力 可這玩意有個死結 老鼠越輕摩擦力越小 摩擦力越小過彎越容易滑出去 想跑得快就得輕 輕了又抓不住地 算法再牛也扭不過物理定律 2015年 一個叫Dave Alton的工程師想了個歪招 讓老鼠把自己吸在地上 他在底盤裝了個小風扇 四周用軟膠封死 風扇一轉底盤下的空氣被抽走 上面的大氣壓直接把老鼠按在賽道上 這玩意不加重量卻能壓出好幾倍於自重的力 他最初嘗試的是寒道風扇 效果不佳 後來改良為類似無人機的螺旋槳加軟裙鞭 才真正實現真空吸附 現在的頂級電腦鼠 過彎時能扛住6個G的離心力和F1賽車一個級別 但如果你去比賽現場 會發現選手們最在意的不是這6個G 而是灰塵 每輪比賽前他們都會拿出一卷膠帶俯下身子 仔細的沾掉輪子上肉眼根本看不見的威力 不是修車是沾灰 在這種速度和精度下一粒灰塵就能改變摩擦力 讓一次完美的奔跑毀在終點線前 但你知道嗎這隻被灰塵困擾的老鼠其實已經跑了50年 他的故事要從1952年講起 數學家克勞德·香農造出了第一隻電子鼠推修斯 這隻老鼠靠機電器學會走迷宮 被谷歌的AI總監稱為人工智能的雛形 25年後 IEEE的編輯們聽說日本有電子鼠比賽 興奮地辦了第一屆威鼠大賽 結果發現日本那個比賽只是電池驅動的玩具 根本不是機器人 但誤會已經釀成6000多人報名 最後只有15隻鼠成功跑完迷宮 意外點燃了一場持續50年的技術革命 從推修斯到紅色彗星 從計電器到六個G的風扇 每一次突破都在回答同一個問題 如何讓機器更快的理解這個世界 電腦屬的每一次突破 都像跳高史上的福斯貝利跳 當所有人還在用跨越式時 他背對橫竿一躍而下 全世界都笑了 然後所有人開始學他 對角線和風扇就是威蜀的兩個福斯貝裏時刻 下一個會是什麼 六輪八輪全向輪 還是計算機視覺 沒人知道 但有一點確定 只要還有人在深夜盯著迷宮 想著能不能再快0.1秒 這隻老鼠就還能更快 有一道題 答對的人反而會被罵 1990年 全世界智商最高的女人答對了 上萬封謾罵的信件隨即湧來 數學教授統計學博士 排著隊說他是數學白癡 但他沒有做出讓步 因為那些謾罵的人全都錯了 他叫馬利蓮·沃斯·沙凡特 1985年 他以其228智商 被《吉尼斯世界記錄》評為全球最聰明的人 Parade雜誌為他開了一個固定週日專欄 《問馬利蓮》 正是在這個專欄裡 他引發了21世紀概率論領域最激烈的辯論之一 1990年 一封讀者來信問了一個看似簡單的問題 你在參加一檔遊戲節目 面前有三扇關著的門 一扇門後停著一輛豪車 另外兩扇門後各拴著一隻山羊 如果你選到了汽車 那麼這輛車就是屬於你的了 假如你選了一號門 這時候知道每扇門後面是什麼的主持人 走過去打開了三號門 裡面是一隻山羊 然後問你 要不要把選擇換成二號門 大多數人的第一反應是 不用換 剩下兩扇門 一輛車 一隻羊 概率各50% 換不換沒區別 但瑪麗蓮給出的答案是 必須換 她解釋道 你最開始選一號門 中獎概率是三分之一 大獎藏在另外兩扇門裏的概率 高達三分之二 然後主持人出手了 她知道答案 她不是隨機開門 她專門打開了那扇沒有車的門 三號門出局了 但那三分之二的概率沒有消失 它被壓縮進了唯一剩下的那扇門 二號門 換門勝率從三分之一變成三分之二 直接翻倍 為了更好理解這個問題 這裡還有一種更直觀 也更簡潔的分析思路 假設這輛車只可能藏在 三扇門中的某一扇後面 我們來逐一模擬每種情況 你的初始選擇是一號門 然後採用換門策略 即切換到主持人沒有打開的那扇門 第一局車在1號門後主持人可以隨意打開2號門或3號門 而你切換過去之後無論如何都會落空這局輸了 第二局車在2號門後主持人只能打開3號門 因為他不能揭示有車的那扇你隨即切換到2號門贏了 第三局車在3號門後同理主持人只能打開2號門 你切換到3號門又贏了 三局下來換門策略讓你贏了其中兩局結論清晰而有力 堅持換門你的勝率是三分之二 這個答案點燃了整個美國 信件雪片般湧來 瑪麗蓮說90%的來信都在罵她 不是普通鍵盤俠 是教授博士科研人員 他們要求瑪麗蓮公開承認錯誤 不要誤人子弟 面對這些洶湧而來的專家譴責 瑪麗蓮沒有道歉沒有撤稿 她只是繼續寫專欄 並搬出了一個更極端的版本 把反對者的邏輯徹底擊碎 她說如果你繞不過三扇門 那我們換個場景 現在有100扇門 只有一扇後面是跑車 剩下99扇全是山羊 你選了1號門中獎概率是多少? 1% 大獎在另外99扇門裏的概率是99% 這時候知道答案的主持人幫你打開了 剩下99扇裏的98扇全是山羊 現在只剩兩扇門 你最初選的一號和唯一沒被打開的那扇 你還不換嗎 換當然要換 你最初的一號門中獎概率還是1% 但主持人幫你過濾了98個錯誤答案 等於把那99%的可能性 全部集中到了最後那扇門上 把這個邏輯還原到三扇門 你選一號門勝率是三分之一 二號和三號加在一起勝率是三分之二 主持人排除了二號門那三分之二的勝率 就整體轉移到了三號門上 瑪麗蓮的解釋一出專家們沉默了 麻省理工學院的團隊專門做了模擬演算 窮舉了所有可能的情況 最後MIT的研究員賽斯卡爾森承認 你是對的我和我的同事們 包括我自己一開始都認為你錯的 瑪麗蓮則幽默回應 謝謝MIT 我等這句話等太久了 為什麼這麼多聰明人會在同一道題上栽跟頭 瑪麗蓮給出了她的解釋 我們最大的誤區是默認 兩個選項就是50%對50% 但當一個知道答案的人介入 做出了一個非隨機的選擇 信息的格局已經悄悄改變了 主持人開的不是一扇隨機的門 他的每一個動作都是一條信息 你用不用這條信息，決定了你的勝率 蒙提霍爾問題來自一檔遊戲節目 以主持人蒙提霍爾的名字來命名 但他真正考的從來不是概率公式 而是當你獲得新信息時 你願不願意更新自己的判斷 一萬個人收到了同一個新信息，然後選擇用憤怒代替思考 而一個女人面對上萬封謾罵的信件，選擇了堅持 因爲數字不會因爲有人生氣就改變 三分之二就是三分之二