摘要：冬天，如果你因为一脚踩在结冰的路面上而不小心摔倒，你可能会认为——这是鞋底的压力或摩擦让冰表面融化，从而变得湿滑。但最新的物理学研究却给出了一个出乎意料的答案：导致冰面湿滑的关键并不是压力和摩擦，而是分子层面上的“偶极子相互作用”。

冬天，如果你因为一脚踩在结冰的路面上而不小心摔倒，你可能会认为——这是鞋底的压力或摩擦让冰表面融化，从而变得湿滑。但最新的物理学研究却给出了一个出乎意料的答案：导致冰面湿滑的关键并不是压力和摩擦，而是分子层面上的“偶极子相互作用”。

近日，德国萨尔大学（Saarland University）马丁·米瑟尔（Martin Müser）教授团队在 《Physical Review Letters》 上发表的研究成果，直接挑战了人类对冰滑现象长达近两个世纪的主流解释。他们通过计算机模拟发现，鞋底分子与冰晶分子之间的偶极子取向相互作用，会破坏冰面本来有序的晶体结构，使其在接触区域失序并形成一层极薄的“液态层”。正是这层液态层让冰如此难以站稳。

更令人震惊的是，这一机制在极端低温下依然存在。按照传统观念，人们认为在 –40℃ 以下，滑雪几乎不可能进行，因为冰面不再能形成润滑液膜。但新研究显示，即使接近绝对零度，偶极子作用依旧能够生成液态界面层，只是此时它的黏稠度比蜂蜜还高，几乎无法感知为“水”。

这项成果不仅颠覆了教科书中关于冰滑的解释，也为冰雪运动、低温物理学乃至材料科学提供了新的研究视角。正如米瑟尔教授所说：

“真正让冰面湿滑的，是分子偶极子的作用，而不是人类以为的压力与摩擦。”

关于“冰为什么滑”的问题，自 19 世纪以来就有两大经典解释——压力融化说 和 摩擦加热说。

汤普森兄弟的“压力融化”假说

故事要从 1850 年代说起。詹姆斯·汤普森（James Thomson），也就是开尔文勋爵（Lord Kelvin）的兄弟，提出了一个看似合理的解释：当鞋底或冰刀压在冰面上时，压力会降低冰的熔点，从而使接触区局部融化，形成薄薄的水膜。这个“压力融化说”几乎立刻风靡，被写入教科书，也进入了全球中小学的物理课堂。

这个假说还有一个优雅的验证：冰刀下的压力极高，确实能使冰面部分融化，看似与实际经验吻合。于是，在很长时间里，几乎没有人去怀疑它。

摩擦加热的补充

但随着更多现象被观察到，人们发现光靠“压力”无法解释一切。例如，滑雪时所受的压力远小于冰刀，却同样能在冰面上顺滑滑行。于是科学家又补充了“摩擦加热”机制：物体在冰面上滑动产生摩擦热，使表层冰升温融化，形成润滑水膜。

这样，压力和摩擦便被合并为经典“双解释”，在教科书和科普文章中流传了将近两个世纪。几乎所有人都相信，冰之所以滑，是因为外界施加的压力和摩擦导致了“局部融化”。

然而，随着实验条件不断改善，疑问也逐渐浮现。首先，计算表明，人体重量施加的压力远不足以在 0℃ 以下显著降低冰的熔点。其次，在极寒环境（–40℃ 以下），滑雪仍然可以进行，而按照“压力 + 摩擦”的逻辑，此时根本不可能形成润滑水膜。

物理学家们意识到，这一老旧的解释模型虽然直观，却并不完备。冰为何滑的问题，似乎还隐藏着更深的物理机制。

萨尔大学团队的研究，为“冰为何滑”这一经典问题提供了一个全新的答案：真正的幕后推手是分子偶极子之间的相互作用。鞋底或冰刀上的分子偶极子会扰乱冰晶表面的有序结构，使其转化为一层极薄的、无序的“液态膜”。正是这层膜，让冰在我们脚下变得危险而不可捉摸。

这意味着，人类在近两个世纪里所依赖的“压力—摩擦—融化”框架，并不是冰滑现象的根本原因。它们可能在某些条件下发挥作用，但真正普适、根源性的解释来自分子层面的偶极子效应。

科学史上，这样的范式转折并不罕见。从地心说到日心说，从牛顿力学到相对论，每一次转折都提醒我们：常识与经验未必就是自然规律的终极答案。冰的湿滑看似寻常，却蕴含着复杂的物理学奥秘。

未来，这一发现可能带来多方面影响：

来源：老胡科学一点号