液体，也会像固体一样断裂？！

固体与液体的一种区别在于，当固体达到一种被称为“临界应力”的状态时，固体就会发生断裂，而液体则表现为连续变形。

然而，在一项新发表于《物理评论快报》的研究中，一个研究团队发现：在适当条件下，可以使一种简单液体像固体一样发生断裂。他们的研究结果表明，当受到足够强的拉伸作用时，黏性液体也可能突然断裂。而且，这种现象很可能适用于所有简单液体，包括水和油等常见液体。

意外的断裂

这是一项意料之外的发现。一开始，研究人员正在测量两种简单液体的性质。在进行拉伸流变测试（即测量使液体发生流动所需力的实验）时，这些类似焦油的液体并没有出现像一团蜂蜜被倒入水中时所熟悉的那种逐渐拉细、变薄的过程，而是出人意料地以一种“啪”的方式突然断开了。

起初，研究人员以为是机器坏了，但很快他们意识到声音其实来自正在被拉伸的液体。在此进行了多次重复实验后，他们确认了这种意外现象的真实性。在那之后，他们的整个研究就转向了一个完全不同的科学问题。

液体也会脆性断裂

通过高速摄像机记录实验过程，研究团队观察到一种通常只在固体材料（如金属）受到拉伸时才会出现的行为：在某一时刻，材料会先发生拉伸，直到达到临界应力点，然后突然断裂。这种现象被称为“脆性断裂”，而这种行为此前从未在简单液体中被观察到。

他们最初观察到发生断裂的是类似焦油的碳氢化合物混合物，这些液体在约2兆帕的临界应力下断裂。为理解这一现象，研究团队使用了另一种简单液体重复了实验。这种液体是苯乙烯寡聚体，其黏度与之前的碳氢化合物混合物相同。

在研究一种类似焦油的简单液体时，研究人员发现只要施加足够大的拉伸力，这种液体就会像固体一样发生断裂。进一步研究结果表明，这一现象可能适用于所有简单液体。（图/drexel.edu）

令人惊讶的是，苯乙烯寡聚体在相同的拉伸率下也发生了断裂，这表明黏度在液体呈现类固体断裂行为中起关键作用，并暗示所有简单液体可能具有类似的断裂阈值。

当研究团队在一系列不同温度下重复实验、以改变液体黏度时，这一点得到了进一步验证。在每一种黏度下，都存在一个特定的拉伸率可以诱发断裂，而且这一条件始终与大约2兆帕的“临界应力”相应。

最终，当黏度降低到一定程度后，由于实验设备的拉伸率有限，已无法再使样品发生断裂。

断裂未必依赖弹性

这一发现意义重大，因为在此之前，科学家通常将断裂视为一种源于弹性的性质——即材料承受并储存应力的能力。

而在液体形式下，简单流体缺乏主导性的弹性机制来储存应力，因此在受到推拉时，它们通常表现不是弯曲，而是流动，以及新研究所发现的——断裂。

对于简单液体而言，弹性的概念在很大程度上并不适用，除非液体被冷却到低于其“玻璃化转变”温度，即开始呈现固体特性的温度。因此，在仍处于液态时观察到简单液体发生断裂，清楚地表明：断裂现象并不局限于具有弹性的材料。

在进一步的实验中，研究团队还将苯乙烯低聚物和与其对应的聚合物液体进行了比较。实验结果表明，两种液体都在相同的临界应力点发生断裂，这意味着弹性在简单液体的断裂过程中实际上并不起决定作用。

换言之，许多其他具有弹性的液体也可能在相似的临界应力下发生断裂。这说明，这种现象在很大程度上不依赖具体化学组成，并可能适用于广泛的液体体系。

机制与意义

研究团队计划继续研究液体断裂现象，以揭示其背后的物理机制，以及这种行为在其他液体中的表现方式。目前的初步线索表明，这一现象可能与“空穴现象”有关——即在应力作用下形成并迅速塌陷的气泡，在液体中产生冲击波的过程。

此外，研究人员表示，这一发现从根本上改变了物理学家对流体动力学的理解，并有望为液体的操控方式带来新的可能性，涉及从液压系统到3D打印，再到血管中的流体行为等多个领域。

#参考来源：

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

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

#图片来源：

封面图&首图：AnthonyArnaud / Pixabay