稠密的金属氢——氢的一种相态，它的行为类似于电导体——构成了巨大行星的内部，但它很难研究，人们对它的了解也很少。通过结合人工智能和量子力学，研究人员发现了氢是如何在这些行星的极端压力条件下变成金属的。

 

来自剑桥大学、IBM研究院和EPFL的研究人员利用机器学习来模拟氢原子之间的相互作用，以克服即使是最强大的超级计算机在尺寸和时间尺度上的限制。他们发现，氢的变化不是突然的，也不是一级的，而是平稳而渐进的。研究结果发表在《自然》杂志上。

 

氢由一个质子和一个电子组成，是宇宙中最简单也是最丰富的元素。它是太阳系巨大行星——木星、土星、天王星和海王星——以及围绕其他恒星运行的系外行星内部的主要组成部分。

 

在巨大行星的表面，氢仍然是一种气体分子。然而，杏耀下载当深入到巨大行星的内部时，压力超过了数百万标准大气压。在这种极端的压缩条件下，氢发生了相变:氢分子内部的共价键断裂，气体变成了导电的金属。

 

“金属氢的存在是理论上认为一个世纪以前,但是我们尚不清楚的是这一过程发生时,由于难以再现的极压条件的内部巨行星在实验室环境中,和巨大的复杂性预测大型氢系统的行为,”主要作者博士说冰清程从剑桥大学卡文迪许实验室。

 

实验人员曾尝试使用金刚石砧室来研究高密度氢，其中两颗金刚石对有限的样品施加高压。尽管钻石是地球上最坚硬的物质，但该装置在极端压力和高温下会失灵，尤其是在与氢接触时，这与钻石恒久远的说法正好相反。这使得实验既困难又昂贵。

 

理论研究也具有挑战性:尽管氢原子的运动可以使用基于量子力学方程,解决了计算系统的行为所需要的计算能力超过几千个原子超过几纳秒超过世界上最大、最快的超级计算机的能力。

 

一般认为致密氢的跃迁是一级的，它伴随着所有物理性质的突变。一阶相变的一个常见例子是沸腾的液态水:一旦液体变成蒸汽，尽管温度和压力保持不变，它的外观和行为却完全改变了。

 

在目前的理论研究中，程和她的同事利用机器学习来模拟氢原子之间的相互作用，以克服直接量子力学计算的局限性。

 

“我们得出了一个令人惊讶的结论，杏耀软件发现致密氢流体中存在分子到原子的连续过渡，而不是一级过渡，”程说，他也是三一学院的初级研究员。

 

过渡是平滑的，因为相关的“临界点”是隐藏的。临界点在所有流体之间的相变中都是普遍存在的:所有能在两相中存在的物质都有临界点。一个临界点暴露的系统，如蒸汽和液态水的系统，具有明显不同的相。而具有隐藏临界点的致密氢流体，可以在分子相和原子相之间逐渐、连续地转化。此外，这个隐藏的临界点还引出了其他异常现象，包括密度和热容量的最大值。

 

关于连续跃迁的发现为解释高密度氢实验的矛盾提供了一种新的方法。这也意味着在巨大的气体行星上，绝缘层和金属层之间有一个平滑的过渡。如果没有机器学习、量子力学和统计力学的结合， 杏耀平台经营之道 ，这项研究就不可能实现。毫无疑问，这种方法将在未来发现更多关于氢系统的物理洞见。作为下一步，研究人员的目标是回答许多关于致密氢的固相图的开放问题。