人类最早发现的超流体是指_人类最早发现的超流体是什么

水为什么结冰

对流怎样解释 Mpemba 效应？热水会迅速地冷却，和很快地形成对流，所以从顶到底，水温变化很大。另一方面，冷水冷却得较慢，因而较迟形成重要的对流。因此，比较热水和冷水，热水会有较大的对流，从而有较快的冷却速率。考虑一个具体的例子，设热水 70° C，冷水 30° C。当冷水在 30° C 时，是均匀的 30° C。然而，当热水由 70° C降到平均 30° C 时，它的表面很可能是高于 30° C 的，因此相比那均匀 30° C 的水，它会较快地失热。这个解释可能有些混乱，你可能想重看这一段 ，小心区分初温、平均温度，和表面温度。

冰是由水分子有序排列形成的结晶，水分子间靠氢键连接在一起形成非常“疏松”（低密度）的刚性结构。最邻近水分子的O—O 核间距为0.276nm，O—O—O键角约为109度，十分接近理想四面体的键角109度28分。

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扩展资料：

众所周知，水最常见的有三种相态，分别为：固态、液态、气态。但是水却不止只有三态，还有：超临界流体、超固体、超流体、费米子凝聚态、等离子态、玻色-爱因斯坦凝聚态等等。

水，包括天然水（河流、湖泊、大气水、海水、地下水等），蒸馏水是纯净水，人工制水（通过化学反应使氢氧原子结合得到的水）。

水结冰是水由非晶体变成晶体的过程，这个问题可以用分子运动论来解释：到达凝点后，水分子运动变慢，分子间的引力使变慢的水分子慢慢进行有序的排列，排列后，水分子的运动空间变小，并且有序，宏观上成为比较稳固的结晶体状。

常见物质的三态变化 ：物质温度高于融点，物质变成液态，高于沸点，变成气态。常温下水是液态的，当水的温度低于一定值（标况下为0摄氏度），水温低于融点，凝结成冰。

扩展资料

水是一个特殊的存在，在冬天它也具有反常膨胀现象。4℃以上的水遵循热胀冷缩的规律；0℃～4℃之间的水则遵循热缩冷胀的规律，只有4℃时的水，密度。而冰的密度比同温度的水小，所以浮在上面，在冬天池塘表面的水会很快形成冰面。

因为水的比热大，传热慢，热量不容易传到水里，所以通常即使是池塘的表面结冰了，下面还是流动的水，冰的下面依次是0℃、1℃、2℃、3℃、4℃，因此池塘下层的水都在0℃以上不会结冰。

热水比冷水先结冰！

热水比冷水先结冰！

事实上，在一般实验条件下，热水会比冷水更快结冰。这种现象违反直觉，甚至连很多科学家也感到惊讶。但它的确是真的，曾在很多实验观察和研究过。虽然在经过亚里斯多德、培根，和笛卡儿 [1- 3] 三人的介绍后，此现象已被发现了几个世纪，但却一直没有被引入现代科学。直至1969年，才由坦桑尼亚的一间中学的一个名叫 Mpemba 的学生引入现代科学。这个效应早期发现史，和后期 Mpemba 再发现的故事－－尤其是后者，都是充满戏剧性的寓言。寓意人们在判断什么是不可能时，别过于仓促。这一点，下面会说到。

热水比冷水更快结冰的现象通常叫「Mpemba 效应」。无疑地，很多读者对这一点很怀疑，因此，有必要先明确地指出，什么是 Mpemba 效应。有两个形状一样的杯，装着相同体积的水，的分别是水的温度。现在将两杯水在相同的环境下冷却。在某些条件下，初温较高的水会先结冰，但并不是在任何情况下，都会这样。例如，99.9° C 的热水和 0.01° C 的冷水，这样，冷水会先结冰。Mpemba 效应并不是在任何的初始温度、容器形状、和冷却条件下，都可看到。

这似乎是不可能的，不少敏锐的读者可能已经想出一个方法，去证明它不可能。这种证明通常是这样的： 30° C 的水降温至结冰要花 10 分钟， 70° C 的水必须先花一段时间，降至 30° C，然之后再花 10 分钟降温至结冰。由于冷水必须做过的事，热水也必须做，所以热水结冰较慢。这种证明有错吗？

这种证明错在，它暗中设了水的结冰只受平均温度影响。但事实上，除了平均温度，其它因素也很重要。一杯初始温度均匀，70° C 的水，冷却到平均温度为 30° C 的水，水已发生了改变，不同于那杯初始温度均匀，30° C 的水。前者有较少质量，溶解气体和对流，造成温度分布不均。这些因素亦会改变冰箱内，容器周围的环境。下面会分别考虑这四个因素。所以前面的那种证明是行不通的，事实上，Mpemba 效应已在很多受控实验中观察到 [5,7-14]。

这种现象的发生机制，仍然没有得确切的了解。虽然有很多可能的解释已被提出过，但到目前为止，还没有一个实验可以清晰地显示它的机制。如果有的话，这实验就十分重要了。你可能会听到有人很自信地说，X 是 Mpemba 效应的原因。这些说法通常都是基于猜测，或只看着小量文献的证据，而忽略其它。当然，有根据地猜测，和选择你信赖的实验结果，是没错的。问题是，对于什么是 X，不同的人提出不同的说法。

为什么现代科学不回答这个看起来很简单的结冰问题？主要的问题是，水结冰所花的时间的长短，对实验设计中的很多因素，都是很敏感的。例子容器的形状和大小、冰箱的形状和大小、水中气体和其它杂质、结冰时间的定义，等等。因为这种敏感性，即使有实验支持 Mpemba 效应的存在，但不能支持在这些条件之外， Mpemba 效应的发生和发生的原因。正如 Firth [7] 所讲「这个问题有太多的变量，以致任何从事这项研究的实验室，一定会得出和其它实验室不同的结果。」

所以，由于做过的实验不多，而且常常在不同的实验条件下，所提出过的机制中，没有一个能很有信心地被宣称，就是「那个」机制。在上面我们提到的那四个因素，热水冷却到冷水的初始温度，会有变化。下面是这四个相关机制的简单描述，它们被认同能解释 Mpemba 效应。抱负不凡的的读者可以跟着那些连结，获得更完整的解释，相反的论调，和用这些机制解释不了的实验。似乎并没有一个机制，能解释在所有情况下的 Mpemba 效应，但不同的机制在不同的条件下是重要的。

1. 蒸发——在热水冷却到冷水的初温的过程中，热水由于蒸发会失去一部分水。质量较少，令水较容易冷却和结冰。这样热水就可能较冷水早结冰，但冰量较少。如果我们设水只透过蒸发去失热，理论计算能显示蒸发能解释 Mpemba 效应 [11]。 这个解释是可信的和很直觉的，蒸发的确是很重要的一个因素。然而，这不是的机制。蒸发不能解释在一个封闭容器内做的实验，在封闭的容器，没有水蒸气能离开 [12]。很多科学家声称，单是蒸发，不足以解释他们所做的实验 [5,9,12]。

2. 溶解气体——热水比冷水能够留住较少溶解气体，随着沸腾，大量气体会逃出水面。溶解气体会改变水的性质。或者令它较易形成对流（因而令它较易冷却），或减少令单位质量的水结冰所需的热量，又或改变凝固点。有一些实验支持这种解释 [10,14]，但没有理论计算的支持。

3. 对流——由于冷却，水会形成对流，和不均匀的温度分布。温度上升，水的密度就会下降，所以水的表面比水底部热——叫「hot top」。如果水 主要透过表面失热，那么「hot top」的水失热会比温度均匀的快。当热水冷却到冷水的初温时，它会有一「hot top」因此与平均温度相同，但温度均匀的水相比，它的冷却速率会较快。能跟上吗？你可能想重看这一段 ，小心区分初温、平均温度，和温度。虽然在实验中，能看到「hot top」和相关的对流，但对流能否解释 Mpemba 效应，仍是未知。

4. 周围的事物——两杯水的的一个分别，与它们自己无关，而与它们周围的环境有关。初温较高的水可能会以复杂的方式，改变它周围的环境，从而影响到冷却过程。例如，如果这杯水是放在一层霜上面，霜的导热性能。热水可能会熔化这层霜，从而为自己创立了一个较好的冷却系统。明显地，这样的解释不够一般性，很多实验都不会将容器放在霜层上。

[supercooling]在此效应上，可能是重要的。[supercooling]现象出现在水在低于 0° C 时才结冰的情形。有一个实验 [12] 发现，热水比冷水较少会[supercooling]。这意味着热水会先结冰，因为它在较高的温度下结冰。水变成冰是自然界中的一种自然现象，冰是水在自然界中的固体形态，在常压环境下，温度高于零摄氏度时，冰就会开始融化，变为液态水。即使这是真的，也不能完成解释 Mpemba 效应，因为我们仍需解释为什么热水较少会[supercooling]。

二．Mpemba 效应的历史

这个热水比冷水更快结冰的事实已被知道了很多个世纪。最早提到此一现象的数据，可追溯到公元前 300 年的亚里斯多德。由于欧洲物理学家努力去探讨热理论，此现象在后来的中古时代也被讨论到。但在 20 世纪前，此现象只被视为民间传说。直到 1969 年，才由 Mpemba 再次在科学界提出。自此之后，很多实验证实了 Mpemba 效应的存在，但没有一个的解释。

最早记载此现象的是亚里斯多德，他写道：

他写这段话，是想支持他的一个错误的观点，叫「antiperistasis」。Antiperistasis 被定义为「一种特性的增加，是由于它被另一相反特性包围。例如，当周围突然变冷时，温暖的身体会变热。」 [4]

中古科学家相信亚里斯多德的的 antiperistasis 理论，也寻求解释。并不令人惊讶，在十五世初科学家在解释此理论的运作时，遇到麻烦，甚至不能决定人体和水在冬天时，是否比在夏天时热 [4]。大约在 146「先前被加热过的水，有助于它更快地结冰。因此当人们想去冷却热水，他们会先放它在太阳下．．．」[1,4]1 年，物理学家 Giovanni Marliani 在一个关于物体怎样冷却的辩论上，说他已经证实了热水比冷水更快结冰。他说他用了四盎司沸水，和四盎司未加热过的水，分别放在两个小容器内，置于一个寒冷冬天的屋外，发现沸水首先结冰。但他没能力解释此一现象 [4]。

到了十七世纪初，此现象似乎成为一种常识。1620 年培根写道「水轻微加热后，比冷水更容易结冰 [2]。」不久之后，笛卡儿说「经验显示，放在火上一段时间的水，比其它水更快地结冰 [3]。」

终于，一个现代热理论被发现，早期亚里斯多德和 Marliani 等人的观察被遗忘，或者是因为他们似乎与现代热学有矛盾。然而，此一现象仍然在加拿大 [11]、英国 [15-21] 的很多非科学家族群中，食物处理中 [23]，和其它地方，作为民间传说为人所知。

此现象一直未能回到科学界，直至 1969 年，那已是 Marliani 实验 500 年之后，亚里斯多德的「气象学 I （Meteorologica I）」[1] 超过二千年之后的事了。坦桑尼亚中学的一个名叫「Mpemba」的学生再发现此现象的故事，被刊登在（New Scientist）[4] 杂志。这个故事提供了一个戏剧性的寓言，告诉科学家和老师们，不要忽视非科学家的观察，和不要过早下判断。

1963 年，Mpemba 正在学校造雪糕，他混合沸腾的牛奶和糖。本来，他应该先等牛奶冷却，之后再放入冰箱。但由于冰箱空间不足，他不等牛奶冷却，就直接放入去。结果令他很惊讶，他发现他的热牛奶竟然比其同学的更早凝固成冰。他问他的物理老师为什么，但老师说，他一定是和其它同学的雪糕混淆了，因为他的观察是不可能的。

当时 Mpemba 相信他老师的说法。但那一年后期，他遇见他的一个朋友，他那朋友在 Tanga 镇制造和售卖雪糕。他告诉 Mpemba，当他制造雪糕时，他会放那些热液体入冰箱，令他们更快结冰。Mpemba 发觉，在 Tanga 镇的其它雪糕销售者也有相同的经验。

后来Mpemba 学到牛顿冷却定律，它描述热的物体怎样变冷（在某些简化了的设下）。Mpemba 问他的老师为什么热牛奶比冷牛奶先结冰。这位老师同样回答是一定 Mpemba 混淆了。当 Mpemba 继续争辩时，这位老师说：「所有我能够说的是，这是你 Mpemba 的物理，而不是普遍的物理。 」从那以后，这位老师和其它同学就用「那是 Mpemba 的数学」或「那是 Mpemba 的物理」来嘲笑他的错误。但后来，当 Mpemba 在学校的生物实验室，尝试用热水和冷水做实验时，他再一次发现：热水首先结冰。

更早的，有一位物理 Oorne 博士访问 Mpemba 的那间中学。Mpemba 问他这个问题。Oorne 博士说他想不到任何解释，但他迟些会尝试做这个实验。当他回到他的实验室，便叫一个年轻的技术员去测试 Mpemba 的声称。这位技术员之后报告说，是热水首先结冰，又说：「但我们将会继续重复这个实验，直至得出正确的结果。」然而，实验报告给出同样的结果。在 1969 年，Mpemba 和 Oorne 报导他们的结果 [5]。

同一年，科学上很常见的巧合之一，Kell 博士地写了一篇文章，是关于热水比冷水先结冰的。Kell 显示，如果设了水最初是透过蒸发冷却，和维持均匀的温度，这样，热水就会失去足的质量而首先结冰 [11]。Kell 因此表明这种现象是真的（当时，这现象在加拿大城市是一个传闻。），而且能够用蒸发来解释。然而，他不知道 Oorne 的实验。Oorne 测量那失去的质量，发现蒸发不足以解释此现象。后来的实验采用密封的容器，排除了蒸发的影响，仍然发现热水首先结冰 [14]。

随后的的讨论也是不得要领的。即使有相当多的实验重现了这个效应 [4,6-13]，但没有一致的解释。这些不同的解释，已在上面讨论过。在一本流行科学杂志《New Scientist》上，这个效应被重复讨论多次。这封信透露了 Mpemba 效应在 1969 年之前，已被世界上很多门外汉了解。今日，仍然没有一个很好的解释。

三．更详细的解释

蒸发

此效应的一个解释是，热水冷却的过程中，会因蒸发而失去质量。质量较少，则液体失去较少的热就冷却，也就冷却得较快。用这个解释，热水就会首先结冰，只是因为它将较少的水结成冰。由 Kell 在 1969 所做的计算 [11] 显示，如果水只是透过蒸发来冷却，和温度分布维持均匀，那么，热水会先结冰。

这种解释是可靠的、直觉的，和的确是有助于 Mpemba 效应的发生。然而，很多人不正确地认定了这就是 Mpemba 效应的完整解释。他们认为热水比冷水更快结冰的原因是蒸发，又以为所有实验结果都可由 Kell 的计算中得到解释。但其实，现在的实验不再支持这种信念。尽管有实验显示蒸发是重要的 [13]，但不能证明它就是 Mpemba 效应背后的机制。很多科学家声称，单是蒸发，不足以解释他们所做的实验 [5,9,12]－－特别是由 Mpemba 和 Oorne 最初所做的实验，他们测量失去的质量，发现它实质上少于经 Kell 的计算的预期值 [5,9]。最有力的反驳是，由 Wojciechowski 所做的实验，发现在封闭的容器内，没有质量损失的情况下，仍然观察到 Mpemba 效应。

溶解气体

另一个解释是，认为热水中的溶解气体被逐出，改变了水的一些性质，这些改变能解释此效应。溶解气体的缺乏可能会改变水的传热能力，或改变令单位质量的水结冰所需的热量，又或改变凝固点。热水比冷水留住较少溶解气体是对的，沸水赶走了大部分的溶解气体。问题是它能否在相当大的程度上影响 Mpemba 效应。就我所知，目前还没有理论工作支持这种解释。

这个实验的一个问题是，用事先加热至沸腾的水来做实验，以排除溶解气体的影响，但仍然能看到此效应 [5,13]。改变水中气体含量，并没有对 Mpemba 效应造成实质上的变化 [9,12]。

有人提议，水温变得不均匀能解释 Mpemba 效应。水冷却时，会形成温度梯度和对流。在大部分温度下，水的密度会随着温度的上升而减少。随着水的冷却，会形成「hot top」－－水的表面比平均水温或底部的水热。如果水主要透过表面失热，那么有形成热顶的水失热，比设温度均匀的预期失热速度快。对于一定的平均温度，温度分布越不均匀（即是顶底温越大），则失热就越快。

无论如何，如果上面的论述是对的，那么当我们为热水和冷水，分别绘制平均温度对时间的曲线，那么对一些平均温度，热水比冷水冷却得较快。所以热水的冷却曲线不会简单地重复冷水的冷却曲线，而会在相同温度范围处，下降得较快。

这显示热水走得较快，但它也有较长的路要走。所以到底热水能否首先到达终点（即 0° C ），从上面的讨论中，这还是未知之数。为了知道谁会首先跑完，需要建立对流的理论模型（对多数容器形状和大小，是有希望的），现在还没有人做过。所以，单是对流有可能解释 Mpemba 效应，但它能否做到，现在还不知。由于我们期望，Mpemba 效应的实验常常有提到「hot top」。有实验可以做到能看到对流的情形 [27,28]，但其对 Mpemba 效应的涵意仍不完全清楚。

应该注意，水的密度在 4° C 时，达到最小值。所以低于 4° C，水的密度会因温度减小而减小，和形成「hot top」。这令情况更复杂。

周围的环境

热水可能改变周围环境，从而令它以后较快地冷却。有个实验报称，实验数据会跟随冰箱大小的变化而变化 [7]。所以，可以相信不只是水，水周围的环境也很重要。

例如，如果水容器是放在一层薄霜上，那么装着热水的容器会将霜熔化，而直接接触冰箱底部，而装着冷水的容器则要继续坐在冷霜上。因此，热水就和冷却系统有较好的热交换。如果那些熔化了的霜，再结冰，而成为冰箱和容器间的一条冰桥，则热交换可能更好。

明显地，即使这论述是真的，其应用也相当有限，因为大多数科学家做实验时，会很小心，不会将容器放在霜上，而会放在热绝缘体上，或放于冷却盆上。所以这个解释对家庭实验可能有些适用，但对多数公开的实验结果是不恰当的。

supercooling

[supercooling] 对Mpemba 效应可能是重要的。过冷现象发生在，当水不在 0° C ，而在更低的温度才结冰。过冷的发生，是因为「水在 0° C 时结冰」是关于水的能量状态的陈述－－在低于 0° C ，水分子「想」排列成冰晶体。意味着，它们要停止像液态时那样随机地乱动，而代之以有秩序的固态晶格。然而，它们不知道怎样去排列，而需要小量不规则的物体或成核位置去告知它们。有时，当水被降到 0°C 以下，它还看不到成核位置，这时，水就低于 0° C 而没有结冰。这种现象并不罕见。有一个实验发现将热水冷却，只是supercool少许（大约 - 2° C），但冷水会supercool较多（大约 - 8° C） [12]。如果是真的，这就能解释 Mpemba 效应，因为冷水要做更多的功－－即温度要降至更低，才能结冰。

然而，这也不能被考虑成「那个」的解释。首先，就我所知，这个结果没有被地证实过。上面的那个实验 [12] 只有少量的试验，所以这个发现结果可能是统计上的侥幸成功。

第二，即使这结果是真的，也不能完全解释此效应，只是将问题转移另一处。为什么热水会supercool较少？毕竟，一旦水冷却到较低温度，人们一般会期望，水不会记得它习惯了什么温度。一个解释是热水有较少溶解气体，而气体会影响supercooling现象。问题是人们会预期，由于热水有较少气体，也就是成核位置较少，按道理，它应该supercool更多，而不是更少。另一个解释是，当热水降到 0° C 或以下，它的温度分布，比冷水的有较大的变化。因为温度切变引致结冰 [26]，热水supercool较少，因此先结冰。

第三，这个解释不能在所有实验都行得通，因为有很多实验，并不是量度水完全凝固成一块冰所需时间，而是量度水温达到0° C 的时间 [7,10,13]（或者是水面形成薄冰的时间 [17]）。有文献说「真正的 Mpemba 效应」是热水首先完全地结冰，但其它文献却有不同的定义。因为supercooling的严谨的时间是固有地不可预知的（看 [26] 例子），很多实验选择不测量样本结成冰的时间，而是测量样本顶部达到 0° C 的时间 [7,10,13]。supercooling不能应用在这些实验

任何液体在一定的温度下，都会转化为固体。

标准大气压下，温度低于0℃，水就会结冰；任何压力下，水温低于冰点温度就可以结冰。

而且水结成冰后，体积会增大。

原因：液态水中水分子排布不规则，凝固后，排布变规则了，由于氢键的作用，水分子间形成四面体结构，使得水分子间的空隙变大，所以水变冰后体积增大。含氢键的无机物质主要有水、氨和，他们在凝固时都变成空间多面体（水、氨为四面体，为空间双链结构），所以他们都会冷胀。有机化学中大部分含氧衍生物都可能有氢键，但是基于碳架的影响，其氢键形成情况会非常复杂，

任何液体在一定的温度下，都会转化为固体。 标准大气压下，温度低于0℃，水就会结冰；任何压力下，水温低于冰点温度就可以结冰。 而且水结成冰后，体积会增大。

原因：液态水中水分子排布不规则，凝固后，排布变规则了，由于氢键的作用，水分子间形成四面体结构，使得水分子间的空隙变大，所以水变冰后体积增大。含氢键的无机物质主要有水、氨和，他们在凝固时都变成空间多面体（水、氨为四面体，为空间双链结构），所以他们都会冷胀。有机化学中大部分含氧衍生物都可能有氢键，但是基于碳架的影响，其氢键形成情况会非常复杂。

水在低于0摄氏度的温度下会结冰，因为水分子在水的温度低于0摄氏度时会逐渐减慢振动，当温度降到足够低时，水分子的振动变得非常缓慢，不能再维持水的液态，水分子开始变得有序排列，形成一种紧密的结构，这就是水的结冰现象。结冰是水分子重排列秩序的结果，这种排列方式比水的液态更密集，因此结冰后的水变得更加紧密，占据的体积更小，这也是为什么水在结冰时体积会减小而造成容器破裂的原因。

水低温下会结冰，这是水的性质。就好比盐是咸的。人类对自然的认识，大多只知道其性质，多几个为什么，无人可解，人类自以为科学很进步的今天也只有这样的水准。仅供参考。

冰是由水分子有序排列形成的结晶，水分子间靠氢键连接在一起形成非常“疏松”（低密度）的刚性结构。最邻近水分子的O—O 核间距为0.276nm，O—O—O键角约为109度，十分接近理想四面体的键角109度28分。

人类是什么时候知道有宇宙的？什么时候观察到的？

玻粒子和色粒子模参考资料来源：型图

人类知道的东东是从简单的加疑问到复杂的还是加疑问，从地是方的加天边星星是点缀，到地球中心说，日心说，到相对论。如如问何时观测到，人类有眼睛的时候就观察除此之外，类似搅动水可以产生水波，电磁场的交互变化，也可以激发量子，产生具有光速传播的电磁波。到，近代后哈勃大眼睛就观察的更清楚了。

目前发现最早的人类是什么 目前发现最早的人类是什么人

人类从 探索 世界到 探索 宇宙，仿佛速度永远是“”。 光在真空中的速度近似等于三十万公里每秒，令人们羡慕不已 。光为什么会拥有这样的速度？每秒三十万公里，不需要加速的光子飞行的动力究竟从何而来？

2、六七十年代，又在肯尼亚、希腊、土耳其、匈牙利、巴基斯坦和我国云南省发现了腊玛古猿化石。经鉴定，腊玛古猿大约生存在一千四百万年前至八百万年前。考古学家们推断，腊玛古猿已能初步用两足直立行走，他们生活在林中空地或森林边缘地带，主要吃植物果实，但也可能吃一点肉食。

光速仅只是光子维持其相对于空间势能的速度。这也是为什么我们在通常的情况下，看不到光速变化的原因。

3、其为目前世界上发现的最早人类。 境内发现的最早人类--元谋人 元谋人 1965年，在云南省元谋县，考古人员发现了两颗远古人类的牙齿和一些粗糙的石器。

4、经科学家鉴定标准状态下氢是一种分子气体，其原子成对结合，每个原子与另一个原子共享一个电子。当氢被放在钻石砧座之间时，压力增加。，这是远古人类的遗骨、遗物，距离现在大约 170万年。在元谋发现的远古人类我们称为元谋人。元谋人是境内目前发现的最早的人类

光既然可以每秒30万公里，那它的动力是什么呢？

难以置信的高压是通过使用钻石砧座实现的。但这不是一个简单的方法。多年来，科学家们一直试图应对这种压力，直到现在科学家们才做到正确的设置。

其实很简单 光不需要动力，基本粒子天生就拥有光速，光没有静止质量，它们没有被希格斯场所减速 。 其他基本粒子因拥有静止质量，因此被希格斯场所减速，所以达不到光速。

那具体是咋回事儿呢？这件事最早可以追溯到伽利略， 他认为光速不是无穷的，是有限制的 。 后来很长一段时间里，人们关于光本质的认识是光是一种波。 我们知道水波的传递需要介质，也就是水，那光传播是不是也需要介质呢？ 这个速度是不是就是相对于这个介质的速度？不久就有科学家把这个介质命名为以太。

上面这张就是一束光以每秒三十万公里射向一个装水的玻璃容器里， 光到了水里速度慢了下来，为每秒二十二点五万公里，似乎是被谁阻挡了， 可是这束光从玻璃容器里一出来，速度又恢复到每秒三十万公里 。科学家用酒精、冰玻璃做实验，结果都是类似的。

爱因斯坦还说， 没有物体的运动速度能够超过光速，准确的说是没有能量和信息的传递速度能超过光速。 如果失去了这个前提，那么超光速的东西可就多了。怪就怪在凭什么信息物质能量的速度不能超过光速？为什么光子诞生时的速度会是三十万公里每秒而不是其他速度？是什么原因限制了它的速度不会是大于三十万公里每秒。

这是一个令人震惊的，即 光就是能量的传递，这个能量不是无中生有的，而是需要消耗其他物质的能量。 比如火炬燃烧发光、电灯发光都是其他能量的转换， 或者说光子无需动力推动，它“一出生”就是光速，因光子没有静止质量，也就是说其静止质量必须严格为零。

你发现了吗？ 光的产生一定有一个能量提供源头，光不管是在固态、液态、气态还是其他的各类物质中传播，它的速度永远都是恒定不变的。 如果你觉得光的速度慢了，那只不过是时间变慢而已，并不是光的速度变慢了，科学家无法寻找出这种介质，于是光是波的论断也被推翻了。

而后科学家重新打开了另一条全新的路， 认为光是粒子也是波，故而一个新的词出现了，它就是“波粒二象粒”。 光的特性搞明白之后，科学家们开始研究推动光进行光速运行的能量动力。我们知道， 任何一个运动的物质，它必须有力在背后推动，那么这个推动光自诞生之始就无限向前运动的动力究竟是什么呢？

对于光，我们人类依靠的视觉感知，对于盲人来说，他们感知不到光的存在，但这并不代表光就不存在。的确，人类的一切感知都是相对的，对光的感知也是如此，究竟光的本质是什么，我们还没有真正的明白。 一九年丹麦物理学家莉娜韦斯特高豪着一个团队，甚至成功利用超流体将一束光的速度降低到十七米每秒。到了二零零一年，他已经能将一束光完全冻结。

在整个二十世纪九十年代，他的研究重点一直是发展能够减缓光速的超冷气体。看到这儿有人就要懵了，你的意思是说光也能停下来？首先我们要记住， 光子是电磁波传递的媒介，也可以说电磁波就是光波。 因此不要把光理解为单纯我们人眼可见的光， 可见光只是电磁波谱里面一个很窄的片段， 波长约在三百八十纳米到七百六十纳米之间，频率约在三百八十到七百五十THz范围。

而 整个电磁波谱频段还包括电波、线、紫外线、X射线、伽马射线，这些都是光的形式，波长涵盖千米级到皮米级，频率涵盖几个赫兹到数万亿亿赫兹，只不过是肉眼不可见的光。 然而正是这些看得见、简单地说，在很多情况下，热水较冷水先结冰。这并非不可能，在很多实验中已观察到。然后，尽管有很多说法，但仍没有一个很好的解释。有不同的机制曾被提出，但这些实验证据都不是决定性的。若你想看更多关于这题目的文章，Jearl Walker 在《Scientific American》所写的文章 [13] 值得一看，他也建议你怎样在家中做 Mpemba 效应的实验。另外，Auerbach [12] 和 Wojciechowski [14] 所写的文章是有关这效应的更现代的文献。看不见的光，组成了我们充满宇宙的电磁波。

当 电子吸收光子发生能量跃迁后，有趣儿的是发生了，原来的光子虽然没有了，但电子为了稳定要回到基态，会释放一个光子，这样一来新的光子又产生了，神奇的是光子还会与物质发生能量交换，变成分子的动能 。这可以理解为光子被物质吃掉了，转化出了能量。

在经典物理学中大家都知道，要想让一个物体获得速度就需要给它提供能量，这个能量可以转换为物体运动的动能。因此也就有人有疑问，真空中光速30万公里，那么它的动力是哪里来的哪？

光应该是宇宙中最常见也是最神秘的存在了，最开始大部分人都认为光是瞬时作用的，就是没有速度的概念，无论传播到多远的距离不需要消耗时间。这种印象也很符合我们的认知，因为只要光一出现瞬间就可以填满小黑屋。当然我们现在知道这都是由于光速太大的原因，光速一秒钟可以绕地球七圈半，你认为仅仅生活在地球上某个、某个城市、某个街道、某个小区的我们可以感受到这种时间吗？

但有的自然哲学家就不这么认为，个提出质疑的就是伽利略，他老人家开始组织人手进行了光速测量，当然结果不如人意，光速并不是那么好测量的。而真正测出光速或者是接近光速的是法国物理学家菲索（Fizeau,1819-1896），他设计了一套测量光速的装置（旋转齿轮），最终测出的光速是31.5万公里每秒，这和真实光速已经很接近了。

而光速真正的数值是在麦克斯韦提出他的“精美方程”之后，用波长和频率相乘得到速度，最终光就是电磁波的结论也被所有人所接受。以后的光速不用测量，直接就用频率乘以波长。光是电磁波，它的速度就是震荡的电场产生震荡的磁场，如此循环下去就是电磁波的传递。经过牛顿的时空观，光在已经以太中传播，再到爱因斯坦的光速不变原理发展出相对论，科学家对于光了解的越来越透彻。

光从粒子说发展到波动说，再到波粒二象性。爱因斯坦提出了光电效应，认为光的能量形式也是“一份份”的，也就是量子形式，从此光又有了新描述形式光量子，简称为光子。在宏观上来看恒星核聚变发光、家里用电发光、点燃火把发光，但是从微观角度上来看是因为绕原子核运动的电子。

从量子力学角度来考虑，电子在原子核外是呈现概率分布的，也就是不存在具体的位置，是一片电子云。电子所处的位置有高能级和低能级之分，当电子吸收能量就会从低能级跃迁到高能级，但是这并不是稳定的状态，电子有自发向低能级跃迁的趋势，这个时候多余的能量就会一份份的释放出去也就是一个个的光子。

所以说光实际上是能量并非是物质，它没有静质量，因此电子跃迁释放的能量会完全无损失的转化为动能。从宇宙大爆炸支持，一切的物质和能量全部来源于“奇点”，那个时候开始能量就以光的形势产生了。也可以换一句话来说没有静止质量的生来就是光速运动，如果不是光速运动，那么现在的一整套科学体系就直接坍塌了。光子不存在加速过程，直接就是光速，它们不是物质的是能量，不要认为称为光子就是真正的粒子。

如果我们扔一个很重的铅球，最多只有十几米远。然而，如若是扔一颗的话，至少也有三、五十米。为什么呢？这是因为同样的能量，质量越小的物体获得的运动速度就越大。于是，质量较轻的物体，被抛出的距离就较长。

光子是我们宇宙中不可再分的最小粒子，即是量子的激发态。其角动量为普朗克常数h，约为6.623x10-27尔格秒。这是一个非常小的数值。

由于角动量等于质量、半径和角速度的乘积，说明光子也是一个实体粒子，其质量和半径都是大于零的。

由于质量是被封闭的粒子关于其空间效应的度量，所以作为离散的激发量子，光子的质量是非常小的，小于10-40克。即便是与最轻的电子相比，光子的质量不足电子的万亿分之一。

这就是为什么，光子可以具有极大的速度在空间运动的原因。其一方面，是因为体积的细小，受到空间的束缚不大；另一方面，则是量子只要获得很小的能量，就可以成为光子，具有很快的速度。

实际上，在从生物作用方面来看，水要结成冰，水中需要许多结晶的中心，生物实验发现，水中的微生物往往是“结晶中心”。而某些微生物在热水（水温在100℃以下一点）中繁殖比冷水中快，这样一来，热水中的“结晶中心”比冷水中的多得多，加速了热水结冰的协同作用，围绕“结晶中心”生长出子晶，子晶是外延结晶的晶核，对流使各种取向的分子都流过子晶，依靠晶体表面的分子力，抓住合适取向的水分子，外延出分子作有序排列的许多晶粒，悬浮在水中，结晶释放的能量通过对流放出，而各相邻的冰粒又连结成冰，直到水全部结冰为止。光子的能量中，只有极小的部分是动能。由于量子空间的密度很大而光子的质量又很小，以至于光子的能量主要是相对于空间的势能。

因此，光子之所以具有较大的速度，使其由原来的无规运动（基态量子）转变为有向运动的，就在于我们对空间量子的激发。

这就好比空气，在通常的情况下，气体分子是无规运动的，其对我们的碰撞 是对称的。因而，我们感受不到空气的存在。

但是，当我们扇扇子或打开电风扇时，空气中的气体分子就获得了动能，具有了有向运动。这就是气体分子受到激发的物理机制。

对基态量子的激发，使之成为光子的物理机制也大致如此。只要我们搅动量子空间，就会对空间量子进行激发，从而使基态量子转变为激发量子—-光子。

只是因为量子太小，其无规运动的速度又很大，普通宏观物体的低速运动是很难激发量子的。这也是为什么，低速运动的宏观物体并没有感受到量子空间阻力的原因。

如果两个巨大的天体相互碰撞，就会引起量子空间的涟漪，即形成以光速运动的引力波。其本质也是激发量子，只是单个量子获得的能量较低，超出了可见光的范围。

如果原子中的电子对基态量子进行碰撞，从而使其由高能的激发态跃迁回基态，将能量传递给了量子。于是，受到激发的量子就成为具有较高能量的光子。这就是的光电效应。

总之，我们的宇宙是由不可再分的最小粒子即量子构成的。因此，宇宙就好比是一个量子海洋，而物质是量子海洋所泛起的泡沫。只要有物体搅动量子海洋，就会打破量子海洋的平静，使受到激发的量子成为光子。

人类的祖先，最早在哪里发现，并且有历史记载？

最早发现的猿人化石,，是189现在很多最重要的物理理论都是建立在这样一个设上，比如库仑定律的平方反比定律、麦克斯韦方程组和电磁场的拉格朗日量等。1年印度尼西亚爪哇岛上发现的爪哇猿人，距今60至80万年。爪哇猿人同1927年在我国周口店发现的猿人，一度被世界公认为“最早”的人类。当时人们认为，人类历史不超过数10万1、世界上发现的最早人类是腊玛古猿。10年人们最早于巴基斯坦和印度交界的西瓦立克山区发现了腊玛古猿化石，是一个上颌骨破片。1934年被定名为腊玛古猿。年，最早出现人类的是。1981年我国发现的山东沂源猿人，与猿人属同一时代。然而，这一人类最早起源之说为我国两起考古发现所推翻。，考古工作者先后在陕西蓝田和云南元谋发现猿人化石。蓝田猿人距今100万年，元谋猿人距今170万年。

那么，人类历史到底有多长呢？近二三十年来，考古学家在非洲大陆发现了许多猿人化石，使我们对于人类历史有了新的认识。1959年，在坦桑尼亚发现的一个几乎完整的猿人头骨化石和劳然而，与各种基本粒子不同的是，光子并不是由高能量子组成的封闭体系，因而其没有屏蔽量子的动能。动工具，测定年代为距今175万年。1972年，在肯尼亚发现的猿人头骨、腿骨化石和石器，测定年代为距今260万年。1973年，有报告说埃塞俄比亚发现的猿人化石，距今约300万年或300万年以前。由此看来，人类历史不是80万年，也不是170万年，而是300多万年。至于人类最早的出现地，也还有待更多的考古发现方能确定。

类人猿 科学家发现人类最早祖先 法国一个研究小组曾于去年在肯尼亚发现了一些古人类的骨头和牙齿化石，经过研究，科学家们发现这些可能是目前为止人类发现的最早的祖先遗迹。 研究者们向世人展示了这些化石，指出这些化石比“露茜”--此前发现的一个古老的人类化石--还要老，它们的年龄可能还要比露茜老上两倍之多。这一发现将为目前已经非常激烈的人类起源之争增加了更多的话题。 这些化石包括12块骨头和牙齿，是去年在肯尼亚中部发现的，它们的出土证明南猿露茜并非是人类的真正祖先。这一发现是在巴黎的一个发布会上公布的，一周后科学家们将为化石起名，并正式发表这一发现。 此前发现的最古老的人类化石是在埃塞俄比亚找到的，距今有450万年，距今320万年的露茜化石是于1974年在埃塞俄比亚发现的，属于人类祖先图谱中的另外一支，但一些科学家不同意这种说法。现在这些新近发现的化石证明当时的类人猿刚能够起立行走，后来的露茜很有可能只是一只长得奇怪的类人猿而已。

玻粒子和色粒子是什么

值得注意的是这只是理论上的设，到底存在与否还是要靠实验说话。于是一群科学家加入到了寻找以太的竞赛当中，其中不乏各种的实验物理学家经过他们不懈的努力， 人们终于证明了以太根本就不存在。 其中最有名的一组实验就是迈克尔，孙莫雷实验。到了一九零五年爱因斯坦说：以太你可以“拉闸了”。 同时也说明了光必须以光速运动的形式存在，只要一停下来，它就不存在了。

希格斯玻色子（或称希格斯粒子、希格斯子）是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子，至今尚未在实验中观察到。它也是标准模型中一种未被发现的粒子。

水是地球上最常见的物质之一，是包括人类在内所有生命赖以生存的重要物质。水在生命演化中起到了重要作用。它是一种狭义不可再生，广义可再生资源。

英国物理学家希格斯（P.W.Higgs）提出了希格斯机制。在此机制中，希格斯场引起自发对称性破缺，并将质量赋予规范传播子和费米子。希格斯粒子是希格斯场的场量子化激发，它通过自相互作用而获得质量。

希格斯机制(Higgs mechani)是苏格兰物理学家彼得·希格斯和其他理论物理学家同时发现的一种物理机制。

在规范场理论中，规范粒子的质量是为对称性所不允许的。这是杨-米尔斯理论的缺陷。随着对对称性破缺的深入研究，特别是南部-戈德斯通定理的发现，物理学家们发现在规范理论中零质量的南部-戈德斯通粒子能为零质量的向量规范粒子提供纵向分量，从而赋予它们以质量。

粒子物理的标准模型引进了一个两分量的复纯量场，即希格斯场，它共有四个自由度。在弱电对称群被希格斯场的势能所自发破坏后，希格斯场中的三个自由度被SU(2)的规范粒子所吸收而成为它们的纵向分量。这些规范粒子就是和Z0玻色子（确切地说，Z0是SU(2)和U(1)规范粒子的一个线性组合，它的正交组合是光子）。希格斯场的剩余自由度被称为希格斯玻色子。它还没有被高能实验所证实。

希格斯场於希格斯机制，是标准模型中的一个方便设。它并不是理论所必需的组成部分。在动力学对称破缺模型如工作色模型对流（technicolor)中，希格斯场为凝聚的费米子对（类似超导理论中的库柏对）所取代。只有在超对称标准模型中希格斯场才是真正基本的角色。

你说的是玻色子吧，玻色子是传递力的粒子，自旋为整数，如光子，胶子。

“金属氢”终于被制造出来了吗？

2017年1月26日，美国研究人员宣布可能最终能够产生金属氢，这是一种复杂而难以捉摸的状态，金属氢最早是在80多年前理论化的。

金属氢氢元素的一种存在状态，但不要认为金属氢是固体的，其实大部分情况下，金属氢都是液体（想想水银）。

有个实验间接地支持这个解释，当用一般含有气体的水来做实验时，能看到 Mpemba 效应，但当用已去除气体的水来做时，就看不到了 [10,14]。然而，尝试去测量结冰焓对初温的依赖程度时，发现水中的溶解气体不是决定性的 [14]。

为什么叫“金属”？

金属氢是一种传说中的物质。元素有金属与非金属的别，金属一般具有导电性，却具有金属光泽，基本在常温下为固体（只有汞为液体）；非金属，则一般为绝缘体，只有极少数属于导体（如碳）和半导体（硅）。

金属氢之所以被称为“金属”，是因为氢原子的电子使得它可以表现得就像金属一样可以导电（想想IA族其他金属元素如锂、钠、钾等性质有一定的相似性质），但不同的是金属氢是一种超流体，具有超导性质（没电阻）。

在高压和高温下，金属氢才可以液体而非固体形式存在，科学家们认为，木星、土星和一些大型的气态行星因为内部重力形成的高压就会在其大气层下深处形成大量的金属氢。

上图：从透明的氢气转变为由原子紧密结合成的金属氢。只有钻石可以耐受这个压力强度。

金属氢人工制造出来了吗？

1996年3月，劳伦斯利弗莫尔实验室的一组科学家报告说，他们偶然地首次制造出了金属氢，在数千开尔文的高温下压力大约为1 微秒，压力超过1,000,000个大气压，密度约为为0.6克 /厘米3。他们没有想到会产生金属氢，因为他们并不需要在实验中使用金属氢——只是个副产物，何况这实验的运行温度已经高于氢金属化的理论温度上限。之前的研究将固体氢气放在金刚石砧内压缩至高达2,500,000个大气压都没有检测到金属氢的存在。

上图：网络媒体《世界上的金属氢样本消失了》

哈佛大学的制备的这丁点金属氢是世界上稳定保存的金属氢样品。这份金属氢气的储存温度约为80开尔文（-193摄氏度和-316华氏度），而用来保存样品的两块钻石之间的压力非常高。

发生在2月11日，当时该团队正准备将这个珍贵的样品打包并运送到芝加哥的阿贡实验室进行进一步测试。原因可能是之前的一次测试导致钻石产生了破裂（钻石都能破裂？！OMG），从而导致装置失压，研究人员就再也没看到原来的金属色。

但这并不一定意味着制备的金属氢已经被破坏，因为样品厚度仅为1.5微米左右，钻石微孔单元的直径为10微米——是人类头发直径的五分之一（两块钻石凹凸相互挤压）， 因此这些金属氢也可能仍然保持稳定并聚集在某处，只是没找到而已。但另一种可能性是，钻石砧的压力泄掉，氢气就会变回气体，这表明金属氢在室压下无法稳定——这是研究预测的情况之一。

上图：金属氢的形成过程和原理示意。从左到右，依次从透明的分子氢到黑色的氢半导体再到原子化的金属氢。

为什么争着制造金属氢？

因为金属氢有这些潜在的用途：

上图：以液氢冷却的金属氢燃料单级火箭的各种参数预估。

结语

人类在实验室类已经多次成功地以不同的方式制造出了金属氢。液氢具有非常多实用价值，我们可以期待在未来数年内科学研究在液氢的制造方面有所突破。

2017年初，哈佛大学研究人员在《科学》上发文称，在高压低温下发现了金属氢，一时轰动科学界。如果这属事实，那么他们毫无疑问将获得诺贝尔奖。

但按照粒子的构成，元素之间是能够在压力之下进行转换的，也就是说，金属可以变非金属，非金属也可以变成金属。如 在大约20年前， 分子氧已经被证明在大约100万倍大气压下变成了一种金属。

那接下来的问题就来了，氢，这种非金属，能变成金属吗？

80年前，科学家们就做出了这样的结论，但直到今天，我们还没有亲眼见到过金属氢。按照科学家们的论断，在太阳等恒星，以及行星内核，都有金属氢的存在。

理论应该是正确的，那么怎么才能把氢变成金属氢呢？

首先是极高的压力，大约相当于488万个大气压，然后还需要-200°上的低温，才能得到金属氢。哈佛大学正是在这一温度下宣布制成了金属氢的。

这是一个很神奇的过程，氢原子在高压之下排列越来越紧密，越来越紧密，最终它们肩并肩地占到了一起，最终也从透明变成了不透明。

金属氢如果一旦能够制备，那人类的材料史将会向前迈进超级一大步。

金属氢是一种类似金刚石（钻石），具有亚稳态的特性，即一旦形成，就不会再变回气体氢。而金属氢因为没有电阻，所以人类可以用它来实现梦寐以求的0损耗输电。

同时，以为金属氢里含有超级大的能量（形成过程耗费极大能量），所以它将是人类能源史的一次革命。火箭飞天如果用金属氢，那去个火星将不再困难。

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美国哈佛大学的兰加·迪亚斯博士和艾萨克·西尔维拉成功地将氢气冷却到-268℃，同时将其压缩到令人震惊的480万个大气压。

金属氢以前从未制造过，因为钻石在达到足够高的压力之前就已经失效了，科学家不使用天然钻石，而是使用非常均匀的合成钻石，天然钻石具有不均匀性、内部缺陷和杂质。

在320万大气压的压力下，氢气变得不透明(因此得名黑色氢)并且也是半导体。但是只有更高的压力才能破坏分子键并产生金属氢相。这种气体似乎变成了金属，具有金属原子所具有的预期特性。科学家认为金属氢是固体，但无法通过实验证实这一点。

确认该实验是否可重复非常关键。虽然美国科学家非常自信，但其他人对此表示怀疑。

氢的这一特殊阶段最早是在1935年由魏格纳和亨廷顿预测出来的，从那时起，实现这一点就成了“高压物理学的圣杯”。但是维格纳和亨廷顿对必要压力的估计是错误的。他们认为金属氢可以在000个大气压的压力下获得，几乎比哈佛研究人员声称的要小20倍。

为了科学，创造金属氢的能力不仅仅是科学的胜利。理解宇宙中最丰富元素的金属性质具有多学科影响。

金属氢被认为在压力消除后在室温下是亚稳定的，因此可以用于核聚变。它也被认为是高温超导体，如果得到证实，这将是一个超级性的突破。甚至天文学也可能从这一发现中受益——木星、土星和系外行星的核心可能由金属氢构成。