固態黃金突破「熵災難」極限！加熱至熔點14倍仍不融化

在物理學中，熵(entropy)是衡量系統混亂程度的重要指標。根據熱力學第二定律，孤立系統的熵值總是會不斷增加。舉例來說，液態水就比冰塊擁有更高的熵值，因為其分子排列更為混亂。

一般情況下，固體的熵值會低於液體。但科學家發現，在某些極端條件下，這個規則可能會被打破。理論上，我們可以將液體過冷卻至低於凍結點，或是將固體過熱至高於熔點，使兩者達到相同的熵值狀態——這就是所謂的「熵災難」現象。

研究團隊使用厚度僅50奈米（約為病毒大小的一半）的金薄膜作為實驗材料，並以X射線雷射進行45飛秒（1飛秒=10^-15秒）的超短時間加熱。在如此短暫的時間內，樣品溫度急速飆升至黃金熔點（1064°C）的14倍之高。

金屬的特殊結構使其外層電子能夠自由移動，形成所謂的「電子海」。當雷射擊中金薄膜時，這些自由電子吸收了能量，並在極短時間內將熱能傳遞至整個樣品。研究人員測量到，在超過2皮秒（2×10^-12秒）的時間內，樣品都維持在超越熵災難臨界溫度的狀態。

關鍵在於加熱速度必須快到讓樣品來不及膨脹。這種非平衡態的加熱方式，可能正是固體能夠維持晶體結構而不熔化的原因。雖然這種極端條件下的溫度測量仍存在爭議，但這項研究無疑將相變物理學推向了新的極限。

這項突破性的研究成果已發表於《自然》期刊，為材料科學開闢了嶄新的研究方向。未來若能更精確控制材料的過熱與熔化過程，或許能解鎖更多驚人的應用可能性。