物理学有一个熵灾变的概念，由Fecht和Johnson在1988年首次提出，用于描述晶体超热（superheating）的理论稳定性极限。当固体温度升至其熔点（Tm）的约3倍（即 T≈3Tm）时，固体的熵值曲线会与液体的熵值曲线相交。此时固体的熵等于液体的熵，达到热力学允许的稳定性上限。若温度超过此交点，固体的熵将超过液体熵，违反热力学定律（因孤立系统中熵不能自发减少）。因此，固体必须在达到该温度前熔化，否则会引发“熵灾变”——即系统因无法维持稳定而必然发生相变。
该理论为晶体超热设定了绝对温度上限（通常 T≤3Tm），认为超出此限固体无法以亚稳态存在而熔化。
现在，这个理论被颠覆了！
内华达大学拉斯维加斯分校Thomas G. White研究团队发现金（Au）在超快激光加热条件下被加热至熔点（Tm）的14倍（约19,000 K）时仍保持晶体结构，远超理论预测的熵灾变阈值（3Tm）。研究团队利用高分辨率非弹性X射线散射技术，首次直接测量了极端加热速率（>10¹⁵ K/s）下固体密度系统中的离子温度，证明了固体在极端超热状态下具有前所未有的稳定性。研究成果以Superheating gold beyond the predicted entropy catastrophe threshold为题发表于Nature。
核心创新点
突破熵灾变极限：实验观测到金在14Tm下未熔化，远超过此前理论预测的3Tm上限，挑战了固体超热存在绝对稳定性边界的传统认知。
直接测温技术突破：开发基于背散射非弹性X射线散射的高精度方法，首次在超快加热固体中直接测量离子温度（无需依赖模型或间接推算），解决了高温高密度物质温度测量的长期难题。
揭示超热新机制：提出超快加热抑制晶格膨胀是避免熵灾变的关键——在皮秒级时标下，固体无法热膨胀，导致其熵值始终低于液态，从而绕过热力学稳定性限制。
重写超热理论：实验表明，在超快加热条件下，固体超热可能不存在绝对温度上限，为极端条件物质科学提供了新范式。
图1：实验装置示意图。
图2：散射光谱理论和示例的说明。
图3：离子温度演变。
图4：过热黄金的熵计算。
| 曲线 | 说明 |
|---|---|
| 红色线（液体） | 液态金的熵-温度曲线（斜率小，熵值高） |
| 浅蓝虚线（固体） | 传统理论：含热膨胀和电子熵增的固体熵曲线 → 与液体线交于 3Tm3Tm |
| 深蓝实线（固体） | 超快加热：无膨胀/电子熵增的固体熵曲线 → 始终低于液体线，无交点 |
熵灾变是预言超热固体存在温度上限的热力学理论，但本研究表明：在极端非平衡条件（超快加热）下，固体可通过抑制晶格膨胀突破该极限，为极端条件物质科学提供了新范式。
