冰面为何光滑的真实原因，历经200年终获揭示

Müser教授及其同事Achraf Atila、Sergey Sukhomlinov的这一发现，颠覆了近两个世纪前由开尔文勋爵的兄弟James Thompson建立的范式——后者曾提出压力和摩擦会与温度共同导致冰层融化。

"事实证明，压力和摩擦在冰面薄液层形成过程中都不起特别重要的作用，"Martin Müser解释道。研究团队通过计算机模拟揭示，分子偶极子才是这种让我们在冬季频频滑倒的润滑层形成的关键驱动力。那么什么是偶极子？当分子局部带正电区域与负电区域分离时，就会形成具有特定方向极性的分子偶极子。

要理解这一机制，需要了解冰的微观结构。在零摄氏度以下，水分子（H2O）会排列成高度有序的晶格结构，所有分子整齐排列形成固态晶体。当人踩上这种有序结构时，破坏表层分子排列的并非鞋子产生的压力或摩擦力，而是鞋底材料偶极子与冰层偶极子的相互作用。原本规整的结构突然变得紊乱。"在三维空间中，这些偶极-偶极相互作用会产生'受挫'效应，"Müser提到的这个物理概念，指的是竞争性力场阻碍系统达到完全有序的稳定构型。在微观层面，冰与鞋底材料间的偶极力会破坏接触界面的有序晶体结构，使冰层变得无序、非晶态并最终液化。

除了推翻延续近200年的认知，该研究还纠正了另一个误区。"过去认为-40°C以下无法滑雪，因为温度过低无法在滑雪板下形成润滑液膜。现在看来这个观点也不正确，"Müser教授指出。

"偶极相互作用在极低温环境下依然存在。值得注意的是，即便接近绝对零度，冰与滑雪板界面仍会形成液膜，"Müser表示。不过在如此低温下，这种膜比蜂蜜还要粘稠，我们几乎无法将其识别为水，实际滑雪也不可能实现——但液膜确实存在。

对于冬季滑倒受伤的人而言，元凶是压力、摩擦还是偶极子或许无关紧要。但对物理学而言，这种区分至关重要。萨尔兰大学研究团队的这一发现正在持续产生深远影响，整个科学界都在密切关注。