液體，也會像固體一樣斷裂？！

固體與液體的一種區別在于，當固體達到一種被稱為“臨界應力”的狀態時，固體就會發生斷裂，而液體則表現為連續變形。

然而，在一項新發表于《物理評論快報》的研究中，一個研究團隊發現：在適當條件下，可以使一種簡單液體像固體一樣發生斷裂。他們的研究結果表明，當受到足夠強的拉伸作用時，黏性液體也可能突然斷裂。而且，這種現象很可能適用于所有簡單液體，包括水和油等常見液體。

意外的斷裂

這是一項意料之外的發現。一開始，研究人員正在測量兩種簡單液體的性質。在進行拉伸流變測試（即測量使液體發生流動所需力的實驗）時，這些類似焦油的液體并沒有出現像一團蜂蜜被倒入水中時所熟悉的那種逐漸拉細、變薄的過程，而是出人意料地以一種“啪”的方式突然斷開了。

起初，研究人員以為是機器壞了，但很快他們意識到聲音其實來自正在被拉伸的液體。在此進行了多次重復實驗后，他們確認了這種意外現象的真實性。在那之后，他們的整個研究就轉向了一個完全不同的科學問題。

液體也會脆性斷裂

通過高速攝像機記錄實驗過程，研究團隊觀察到一種通常只在固體材料（如金屬）受到拉伸時才會出現的行為：在某一時刻，材料會先發生拉伸，直到達到臨界應力點，然后突然斷裂。這種現象被稱為“脆性斷裂”，而這種行為此前從未在簡單液體中被觀察到。

他們最初觀察到發生斷裂的是類似焦油的碳氫化合物混合物，這些液體在約2兆帕的臨界應力下斷裂。為理解這一現象，研究團隊使用了另一種簡單液體重復了實驗。這種液體是苯乙烯寡聚體，其黏度與之前的碳氫化合物混合物相同。

在研究一種類似焦油的簡單液體時，研究人員發現只要施加足夠大的拉伸力，這種液體就會像固體一樣發生斷裂。進一步研究結果表明，這一現象可能適用于所有簡單液體。（圖/drexel.edu）

令人驚訝的是，苯乙烯寡聚體在相同的拉伸率下也發生了斷裂，這表明黏度在液體呈現類固體斷裂行為中起關鍵作用，并暗示所有簡單液體可能具有類似的斷裂閾值。

當研究團隊在一系列不同溫度下重復實驗、以改變液體黏度時，這一點得到了進一步驗證。在每一種黏度下，都存在一個特定的拉伸率可以誘發斷裂，而且這一條件始終與大約2兆帕的“臨界應力”相應。

最終，當黏度降低到一定程度后，由于實驗設備的拉伸率有限，已無法再使樣品發生斷裂。

斷裂未必依賴彈性

這一發現意義重大，因為在此之前，科學家通常將斷裂視為一種源于彈性的性質——即材料承受并儲存應力的能力。

而在液體形式下，簡單流體缺乏主導性的彈性機制來儲存應力，因此在受到推拉時，它們通常表現不是彎曲，而是流動，以及新研究所發現的——斷裂。

對于簡單液體而言，彈性的概念在很大程度上并不適用，除非液體被冷卻到低于其“玻璃化轉變”溫度，即開始呈現固體特性的溫度。因此，在仍處于液態時觀察到簡單液體發生斷裂，清楚地表明：斷裂現象并不局限于具有彈性的材料。

在進一步的實驗中，研究團隊還將苯乙烯低聚物和與其對應的聚合物液體進行了比較。實驗結果表明，兩種液體都在相同的臨界應力點發生斷裂，這意味著彈性在簡單液體的斷裂過程中實際上并不起決定作用。

換言之，許多其他具有彈性的液體也可能在相似的臨界應力下發生斷裂。這說明，這種現象在很大程度上不依賴具體化學組成，并可能適用于廣泛的液體體系。

機制與意義

研究團隊計劃繼續研究液體斷裂現象，以揭示其背后的物理機制，以及這種行為在其他液體中的表現方式。目前的初步線索表明，這一現象可能與“空穴現象”有關——即在應力作用下形成并迅速塌陷的氣泡，在液體中產生沖擊波的過程。

此外，研究人員表示，這一發現從根本上改變了物理學家對流體動力學的理解，并有望為液體的操控方式帶來新的可能性，涉及從液壓系統到3D打印，再到血管中的流體行為等多個領域。

#參考來源：

https://drexel.edu/news/archive/2026/March/liquid-breaking-point

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/t2vy-32wr

#圖片來源：

封面圖&首圖：AnthonyArnaud / Pixabay