把水“逼”到218個大氣壓和374攝氏度，它就會強的可怕

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 很多人以爲水只會在固液氣三態之間相互轉換 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 又爲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 三種狀態在本質上歸根到底 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 它們依靠粘性擠在一起 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 它可以不停的進行擴散 根據溫度和壓強不同 水可以在這三種形態之間來回切換 如果把溫度設爲橫走 壓強設成豎軸 那麼我們就可以得到一個像圖 水的三態就像三塊被線分開的拼圖 比如在一個大氣壓下 零攝氏度以下是冰 零到100攝氏度是水 超過100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 水就會出現像派的變換 當座標處於區域界線時 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 但融化的這個過程 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 這就是座標處於區域界線時兩者的共存 但當大氣壓處於0.006 溫度處於0.01攝氏度時 水可以三種像態共存 但不管這三種像態如何轉換 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 這裏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的大氣壓的高壓 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 剛開始容器裏一半是液態水 一半變成了水蒸氣 我們可以看到中間有清晰的分界線 但隨着溫度和壓強的不斷上升 容器裏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 隨着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 超臨界水本身具有超過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爲PET 在高溫高壓作用下 塑料瓶會被超臨界水完全滲透 專業的說法就是PET的長鏈結構會被打破 這就好比一條金項鍊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濺構成的聚合物 而PET分子的質濺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 又因爲超臨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攪碎 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 絕對零度到底是什麼溫度 爲什麼人類像瘋了一樣想要突破這個冰點 絕對零度 即零下273.15攝氏度 也就零開耳聞 先看這個冰點是怎麼來的 說到底其實就是一群瘋子科學家爲搞清楚溫度的下限到底在哪 想看一眼在極寒中物質到底會產生什麼樣的奇葩表現 這其中一個瘋子就是開爾文 因爲人類很早就知道物體的熱脹冷縮 溫度越高體積越大 相反溫度越低體積越小 所以到19世紀人類使盡渾身解數想要尋找溫度的下限 當時大多數科學家都深耕在熱力學第一定律 也就是能量守恆 但開爾文卻一股腦紮在氣體的膨脹和收縮上 開爾文提出猜想 既然物質存在這熱脹冷縮的規律 那如果能把一種氣體的體積一直壓縮到零 它對應的溫度就是溫度的下限 依靠這個思路 開爾文最終從氣體膨脹實驗數據中發現一個驚人的規律 所有數據都指向同一個焦點 當溫度降至某一極限 分子的熱運動將徹底停止 經計算 開爾文得出了一個溫度的下限數值 攝氏零下273.15度 開爾文將其命名爲絕對零度 但這個溫度到底是不是熱力學溫度的下限 人類到底能不能實現 開爾文自己也不知道 畢竟在這之前人類連零下200攝氏度都無法觸及 而零下273.15攝氏度更是物理學頭頂看得見摸不着的神話果實 這一放就過去幾十年 好在1908年 一個荷蘭人用實驗爲開爾文猜想做了蓋棺定論 這個人就是海克 昂內斯 就在衆人都認爲絕對零度不科學時 昂內斯在實驗室開啓了一場驚天探索 首先 他把目標鎖定在了最難液化的惰性氣體上 也就是氦氣 在他看來 液化氦氣就是摸到絕對零度大門的關鍵 爲實現這一目標 昂內斯設計出三層集聯冷卻裝置 先用液態乙烯冷卻氦氣 再通過液態氫進行二次降溫 最後利用真空泵抽吸氦氣 讓其通過自我蒸發帶走剩餘熱量 1908年7月10日 昂內斯終於把實驗室溫度一路降到了零下269攝氏度 也就是4.2K 這跟絕對零度只差了4攝氏度 這直接撬開了低溫物理的大門 然而 就在這恐怖的低溫下 昂內斯發現一個顛覆物理的現象 他把水銀放進這低溫環境中 結果水銀的電阻憑空消失了 換種理解就是電流在裏面流動 不會有任何損耗 這就是超導技術 如果你不瞭解超導技術 那你就記住什麼核磁共振磁懸浮列車 甚至未來可控核聚變裝置 這些高科技都是靠超導技術支撐就可以了 依靠這一發現 讓昂內斯斬獲了1913年諾貝爾物理學獎 然後到1924年 一個叫波瑟的印度人拿着一篇論文找到愛因斯坦 波瑟在論文中提出 當某些波瑟子被冷卻到接近絕對零度時 他們會聚集在一起變成一種全新的物質狀態 這讓愛因斯坦眼前一亮 連夜趕晚爲波瑟完善其論文 最終愛因斯坦提出顛覆物理的超級原子 這就是著名的波瑟愛因斯坦凝聚 要知道 在這之前所有人都認爲物質只存在三態 固態 液態 氣態 而波瑟愛因斯坦凝聚意味着物質存在三態之外的獨立態 但要實現這一物態 需要將溫度降至納泰爾文 也就相當於十億分之一攝氏度 這不僅比南北極的酷寒更加誇張 甚至比星際空間都還要冷上不止一億倍 這在當時也被認爲不科學 這一擱置就是71年 直到1995年 人類最終迎來突破契機 美國科羅拉多大學的埃裏克·科內爾和卡爾維曼團隊 用激光和磁場打造出一個精巧的原子陷阱 以六束激光從四面八方照射如原子 讓原子的運動速度不斷減慢 再通過膠變磁場形成磁景 對減速後的原子繼續降溫 就在溫度降至170納泰爾文時 監控屏幕上突然出現一道清晰的尖峯 十萬個如原子同時坍縮 形成了人類歷史上第一塊波瑟愛因斯坦凝聚體 這塊量子云的出現 溫度比宇宙最深空還要冷上百倍 這一發現直接證實了波瑟愛因斯坦凝聚的存在 因爲這一發現 科內爾 維曼與沃爾夫岡三位科學家在2001年共享了諾貝爾物理學獎 從此低溫物理的探索邁入了量子新階段 看到這可能有人會問 既然人類都能摸到絕對零度這麼近了 爲啥不直接摸到零泰爾文去 答案是辦不到 2003年 德國科研團隊將波瑟愛因斯坦凝聚冷卻至500匹凱爾文 在這個極致低溫環境中 原子的運動速度比蝸牛還慢3000萬倍 時間彷彿被凍結 這是人類迄今創造的最低溫度 爲什麼絕對零度永遠不可能抵達 熱力學第三定律給出了答案 在熱力學第三定律中 任何有限步驟的物理過程都無法將系統的溫度降至絕對零度 從通俗角度來說 降溫的本質是用更冷的介質帶走系統的熱量 而當系統無限接近絕對零度時 其商會趨近於零 此時想要抽走哪怕一絲熱量 所需的能量和工程複雜度都會趨向無窮大 這是人類無法企及的 這就是凱爾文溫標的零點 一個連原子都會凍僵的極限溫度 絕對零度 這可能是我見過最天才的發明 他賣兩塊錢卻改變了整個人類的命運 全球賣出了1000億隻 但沒有人知道 在他誕生之前 人類有200年根本不會寫字 八成的人都是文盲 而這隻小小的圓珠筆用一顆比沙粒還小的鋼珠終結了這一切 更離譜的是 這顆鋼珠的祕密到今天依然沒人能完美複製 你可能很難想象 在圓珠筆出現之前 寫字這件事有多折騰 那時候大家用的是羽毛筆 寫幾個字就得沾一次墨水 手一抖整張紙全廢 後來有了鋼筆稍微好一點 但筆尖又刮指又漏墨 而且貴的離譜 按今天的價格換算 一隻鋼筆要150美元 就是寫個字就要花一部手機的錢 所以你就能理解爲什麼當時全世界只有兩成人會讀寫 剩下那八成人很多連自己名字都沒寫過 又在這個時候 美國有個叫約翰勞德的發明家冒出來了 他的想法很簡單 與其用一個尖頭劃紙 不如換成一顆小球 讓球滾過去 把墨水帶到紙上 他覺得這個思路絕了 趕緊申請了專利 但等他真正做出來一事 傻眼了 這玩意兒在硬紙板上寫還湊合 一換普通紙 劃出來的線又粗又爛 根本沒法用 他的筆一隻都沒賣出去 就這麼消失在歷史裏了 後來幾十年 全球的工程師輪番上陣 沒有一個人攻克這個問題 球裝緊了 墨水出不來 寫不了字 球裝鬆了 墨水嘩嘩往外漏 口袋衣服全毀 就這麼一個簡單到可笑的平衡 愣是難住了所有人整整半個世紀 直到一個完全不搞技術的人出現了 這個人叫拉斯洛比羅 職業是記者 有一次他去印刷廠採訪 隨手摸了一下剛印好的報紙 發現油墨乾的賊快 而且完全不往紙裏伸 他當時就愣了一下 等等 所有人都在死磕那顆球 但有沒有人想過換一種墨水呢 這個念頭改變了一切 他開始用油性墨水來替代原來的水性墨水 油性墨水更稠更粘 乾的快 也不陰止 但新麻煩接着來了 墨水太稠根本流不下去 筆尖那顆小球根本粘不到墨 就在他快撐不住的時候 他注意到了一個現象 把一根吸管插進水裏 水會自己往上爬 不用任何外力 這個東西叫毛細作用 是液體和管壁之間的吸引力在起作用 筆螺腦子轉的很快 他把這個原理反過來用 把筆尖內部的通道設計的極細 讓油性墨水靠毛細作用被自動吸到那顆小球上 不靠重力 不靠氣壓 就靠這個物理本能 墨水源源不斷的供上來 這一刻真正意義上的圓珠筆誕生了 筆螺的筆在南美賣的很火 但有一個問題始終繞不過去貴 他最便宜的那款按今天算有190美元 從150美元的鋼筆變成了190美元的圓珠筆 這哪叫普及 這是更貴了 絕大多數人還是用不起筆螺的發明改變不了世界 他需要另一個人 這個人是法國商人馬塞爾比赫 他一眼就看出了筆螺這支筆的潛力 直接掏出200萬美元把所有專利全買下來 然後他做了一個所有人都沒想到的決定 他不改進了 他改進做筆的方式 他花大價錢引進了當時最精密的瑞士製表機器 硬是把那顆小鋼珠的誤差控制到幾分之一毫米 同時他大量用上了當時剛剛出現的新材料塑料筆桿 直接注塑成型 成本一下子砸穿了地板 1950年bsccrystal正式上市 售價2美元 這個消息出來 整個市場都廢了 光是第一年在法國這隻筆每天就能賣出1萬隻 馬塞爾後來發現英語國家老是把他的姓beach念歪 索性把h去掉 b ic這個名字就這麼定下來 三年後年銷量破4000萬 然後是歐洲美洲亞洲 全球每一個角落都出現了這隻筆 這隻筆的設計現在看還是挑不出毛病 六角形筆桿放桌上不會亂滾 握着也順手 透明筆身墨水剩多少一眼就看清楚 筆桿上那個小孔很多人以爲是隨便打的 其實不是 它是專門用來讓空氣進去補充墨水流出後產生的真空 沒有它寫兩筆就斷墨了 至於筆尖那顆鋼珠 精度高到什麼程度 轉得動但晃不動 就卡在這個臨界點上 墨水才能被控制的剛剛好 這套設計從1950年用到現在 一個字沒改過 這隻筆上市之後 世界真的不一樣了 筆的價格從有錢人的專屬變成了誰都買得起的日用品 全球十字率從35%一路漲到接近90% 那些原來因爲買不起筆而跟知識永遠隔絕的人 第一次有了屬於自己的筆 有人說原主筆是人類歷史上傳播知識效率最高的工具 我覺得這話不誇張 它不是用來記錄歷史的 它本身就是歷史的一部分 而現在全球每天還在賣出1400萬隻 此刻你身邊可能就有一隻 這絕對是我媽見過最天才的發明 但她用了一輩子 卻從來不知道她怎麼工作的 你知道嗎 一根針扎進布里 又拔出來 線怎麼可能留下來 不可能的 手工縫紉 你得一鬆一抓 機器根本做不到這個動作 所以縫紉機裏藏着一個人類花了200年纔想明白的祕密針法 一個正常人根本不會想到的縫法 更離譜的是這個發明差點被200個憤怒的裁縫燒掉 他們砸爛了80臺機器就爲了阻止他 但他們失敗了 因爲這臺機器一旦普及 一件襯衫的製作時間從12個小時直接砍到不到30分鐘 先從最基本的問題說起 那就是針 人類縫衣服已經縫了整整5萬年 2016年 科學家在西伯利亞的洞穴裏挖出了一根古針 追溯到5萬年前 更離譜的是 那個洞穴住的根本不是我們智人 而是已經滅絕的丹尼索瓦人 一種完全不同的遠古人類物種 也就是說縫紉這件事不只是智人的本能 是整個人族共同的本能 而這根5萬年前的古針外形跟你今天縫釦子用的針幾乎一模一樣 一頭尖 一頭有穿線的孔 5萬年裏基本沒有任何改變 這個設計就這樣沿用了下來 直到1755年 一個德國人終於對他動了手 他叫查爾斯弗雷德裏克·維森塔爾 一位居住在英國的德國發明家 他做了一件聽起來極其簡單 但從來沒人想到的事情 把針的兩頭都磨尖 再把線孔從針的末端移到靠近針尖的位置 就這一個改動 徹底解決了機械縫紉最根本的死結 手工縫紉 你每次穿針都必須翻面 針從正面穿過去 得從背面接住再穿回來 機器根本沒法做這個動作 但兩頭都是尖的 針不用翻面 直接來回穿就行了 這個道理說出來任何人都能懂 但人類花了幾萬年纔有人真正想到 但問題還沒解決 就算真不用翻面了 扎進去再拔出來 線還是跟着針一起被拔出來 布料上什麼也沒留下 這纔是整個縫紉機難題裏最核心 最難攻克的一關 發明家們苦苦摸索了幾十年 最終想出了一個天才方案 在針拔出的那一瞬間 故意在布料下面留出一個鬆弛的小線圈 然後讓下一針穿過這個線圈 再留出新的線圈 再穿進去 一環套一環 形成一條拉不斷的鏈子 這就是練針法 是縫紉機歷史上最關鍵的發明 也是整個現代服裝工業得以建立的根基 但練針法出來之後 誰第一個真正做出能用的縫紉機 這個問題到今天 歷史學界還在爭論 1790年 英國人托馬斯聖畫了詳細的專利圖 卻沒有任何證據證明他曾經真的把機器造出來 很可能只是紙上談兵 1814年 奧地利人約瑟夫馬德斯佩格真的花了十年把機器造出來 但不懂經營 一臺沒賣掉 把餘生全壓在這臺機器上 窮困潦倒的死去 第一個真正把縫紉機推向市場的是法國人蒂蒙尼耶 1830年 他建起工廠 80臺機器同時開動 專爲法國軍隊縫製校服 然後災難來了 200名憤怒的裁縫衝進工廠 把那80臺機器砸了個稀爛 他本人差點被打死 狼狽出逃 後來窮困潦倒 死前沒能看到縫紉機改變世界的那一天 歷史的車輪不會因爲有人砸機器就停下來 到了1857年 另一個關鍵問題被解決了 布料怎麼自動往前走 發明家威爾遜想出了送布衙的方案 一小塊帶齒的金屬藏在砧板下面 在針不在布里的每一個瞬間 從下方頂起布料 精準推進一格 控制每一針之間完全均勻的間距 這個設計極其精妙 直到今天 你打開任何一臺家用縫紉機的底蓋 看到的還是這個100多年前的結構 然後說到那個最著名也最容易被誤解的名字艾薩克星格 很多人以爲縫紉機是星格發明的大錯特錯 星格是演員出身的商人 精明強悍 他對縫紉機沒有任何發明貢獻 他做的是把別人研發出來的各項專利統統收購拼在一起 然後優化生產流程 把縫紉機的價格從100美元砍到10美元 按今天的購買力換算 相當於從3000多美元砍到300多美元還不夠 他又發明了分期付款制度 讓普通家庭可以分月慢慢還 星格公司由此成了美國第一家真正異常的跨國公司 把縫紉機邁向了全球每一個角落 縫紉機普及之後 這個世界就再也回不去了 1900年 美國家庭要把15%的收入花在衣服上 到了2003年 這個比例已經跌到4%以下 但我們擁有的衣服不是變少了 而是爆炸性的增多了 2019年 全球每人平均擁有超過130件衣服 全球每年生產的服裝超過1000億件 僅美國一個國家 每年就有超過1100萬噸衣物被送進垃圾填埋場 相當於每人每年扔掉將近35公斤的衣服 所以這臺機器到底是人類的天才 還是人類的災難 他讓窮人第一次穿得起體面的衣服 也造就了今天買了穿兩次就扔的快時尚怪圈 五萬年前 一個叫不出名字的遠古人類磨出了第一根古針 一針一線縫出了第一件衣服 五萬年後 他的子孫造出了每秒完成數千次機械奇蹟的縫紉機 然後把這些奇蹟廉價的批量生產出來 送進了垃圾桶 這臺機器從來沒變 還是那根針 還是那條線 只是縫的太快了 快到我們忘了 每一件衣服背後都曾經有人花過心思