只有冰的表面非常光滑，才会有精彩的冰上运动。

科学家告诉我们，许多处于表面的东西是很奇妙的，跟这个表面所附着的“体”有着不同的性质，物理学有一门专门的分支学科叫作表面物理学。冰的表面就在这门学科的研究之列。

冰刀下的润滑剂

冰刀以极快的速度滑过冰面，需要的是一个极端滑溜、没有摩擦力的表面。科学家曾经研究过冰刀对冰的作用，试图解释在这小于百分之一秒的时间里的物理过程。

美国威斯康星州劳伦斯大学的荣誉化学教授罗伯特·罗森伯格(Robert Rosenberg)曾经在《今日物体》上发表过一篇论述冰的光滑特性的文章。他发现，一个在一百年前被提出的错误解释经常被引用。

冰的密度比水小，所以它能漂浮在水面上。冰的低密度还使得它在受到挤压时，熔点会下降到0℃以下。这就容易让人想到，冰刀滑过冰面时，会给冰面带来压力，最上层的冰的熔点下降，冰融化后，冰刀就在一层薄薄的水面上滑行。在冰刀滑过去之后，这一层水又会重新凝结成冰。“你随便找个人问，可能很多人都会给你这样的解释。”罗森伯格教授说，“很多教科书中都是这么说的。”

“不幸的是，”他说，“滑冰时，冰刀的压力对冰的熔点影响很小。一个体重70千克的人穿着冰鞋站在冰上，产生的压力只能让冰的熔点从0℃下降到-0.02℃,可以说几乎没有什么改变。”这个“压力使冰融化”的说法同样不能解释为什么穿着平底鞋也能在冰面上滑行。要知道，平底鞋的底部面积比冰刀要大很多，因此对单位面积的冰面的压力就小，冰的熔点下降的幅度就更小了。

现在关于这个问题，出现了两种新的解释。一种解释认为，冰鞋或平底鞋在冰面上滑过时，它们和冰面之间的摩擦使得冰变热融化，然后冰面上就出现了薄薄的、光滑的一层水。另一种解释认为，冰的表面本来就有一层水膜，和压力、摩擦什么的没有关系。冰表面的水分子振动得很厉害，因为在它们之上没有东西能固定或束缚住它们的振动，所以即使是在冰点以下的环境温度中，这些水分子也不会凝结成冰。

冰面上本来就有一层液态水膜的理论不是现在才被提出来的。1850年，英国物理学家迈克尔·法拉第(Michael Faraday)在做过一个简单的实验后，第一次提出了这种理论。他将两块冰块相互挤压，最后两块冰块融合成了一块更大的冰块。法拉第认为，原来在冰块表面的水膜，如果不再位于冰块表面，就会凝结成冰。

1996年，美国加州劳伦斯伯克利实验室的科学家盖博·萨默加(Gabor Somorjai)用电子束轰击冰面。他用仪器观察到，即使冰面的温度有-150℃,电子从冰面上弹回的模式和从水上弹回的模式有一部分也是相同的。

“不管外界条件如何，水膜完全是冰固有的。”萨默加博士说。他还说这些发现表明，摩擦并不是冰面光滑的原因，至少不是唯一的原因。当一个人只是站在冰上没有运动的时候，不会有摩擦产生的热量让冰融化，但是冰面仍然很光滑。

同在劳伦斯伯克利实验室工作的科学家米格尔·萨梅隆(Miquel Salmeron)虽然没有对萨默加博士的实验提出质疑，但是对水膜的重要性提出了质疑。2002年，萨梅隆博士和同事们做了一个这样的实验：他们将原子力显微镜的尖端部位(你可以把它想象成留声机的细小唱针)拖过冰面。萨梅隆博士发现，尽管冰的表面有一层水膜，但是它太薄了，对润滑贡献不大，除非温度快要接近熔点。在他看来，摩擦是冰光滑的主要原因。

然而，萨梅隆博士也说他并不能完全证明自己的观点是正确的。“这只能说是太不可思议了，”他说，“我们到现在还在讨论这个问题。”