看冬奥会产生了疑问，冰面为什么会这么滑？
首先，得从这冰的“出身”说起。咱们平时见的冰，比如冰箱里冻出来的冰块，或者冬天屋檐下滴水形成的冰锥，那种质地通常比较粗糙，可能还带着点空气泡泡。但冬奥会的冰面，尤其是花样滑冰、短道速滑、冰球这些项目，对冰面的平整度和光滑度要求极高。这就好比你要在一条坑坑洼洼的路上开车，跟在一条一尘不染的赛道上开车，那感觉能一样吗？
所以，冬奥会的冰面制作，那是一门精细的艺术，也是一项严谨的科学。
第一步：基础层的构建
这冰面可不是直接往地面上泼水冻起来的。在冰场建造的时候，首先会有一个非常坚固、平整的地面基础，通常是混凝土。在这层混凝土上，会铺设一层复杂的管道系统。这些管道里流淌的，不是普通的自来水，而是含有特殊添加剂的冷却剂。这些冷却剂就像一个巨大的“冰箱”，能够非常精确地控制冰场的温度。
第二步：层层叠加的“冰毯”
然后，就开始往这个管道系统上浇水，但不是一次性倒进去一大堆。技术人员会一层一层地非常非常薄地浇水，然后让它冻结。每次浇水都非常讲究厚度，保证冰面既不会太厚导致导冷不佳，也不会太薄容易出现裂缝。这个过程非常缓慢，也很耗时，就像织一件精美的丝绸，需要耐心和技巧。
为什么要一层一层地浇水呢？这样做的好处有很多：
保证平整度： 每一层薄冰都能更好地适应下面的管道，形成更均匀的冰层。如果一次性浇筑很厚的冰，下方的温度可能还没完全传导过来，上面就已经冻住了，很容易造成冰层内部的应力不均，导致冰面出现细微的隆起或凹陷。
清除杂质： 在浇水的过程中，技术人员会非常仔细，确保使用的水是经过净化处理的，比如去除了水中的矿物质和杂质。因为这些杂质一旦冻在冰里，就会影响冰面的光滑度和密度，甚至在冰面上留下颗粒，对运动员的滑行产生干扰。
达到理想的密度和硬度： 每一层薄冰的冻结过程，都是为了形成密度高、硬度适中的冰。这种冰既能承受住运动员巨大的冲击力（比如冰球运动员的撞击），又不容易破碎，同时还能保持极佳的光滑度。
第三步：关键的“抛光”工序
等冰层达到一定厚度，并且整体结构稳定后，最关键的一步——“抛光”就来了。这时候，就需要用到一种叫做“冰车”（Ice Resurfacer）的特殊机器。
这冰车可不是普通的扫地机。它的前面有一个巨大的刀片，这个刀片可以非常精细地调节高度，用来刮掉冰面上任何微小的瑕疵、凸起或者细小的冰屑。刮完之后，后面还有一个水箱，会喷出非常薄的一层温水。
你可能会问，为什么是温水而不是冷水？这是个很有意思的点。当温水接触到冰面时，它会稍微融化冰面的最表层，然后迅速蒸发。这个过程会让冰面的最表层重新冻结，形成一层更加致密、更加光滑的“镜面”效果。你可以想象一下，就像给家具打磨上漆一样，每一次抛光和覆水，都在让冰面变得越来越“油亮”。
那么，为什么这样的冰面会这么滑呢？
这背后涉及几个物理学上的原因：
1. 极高的平整度和光滑度： 就像前面说的，经过层层叠加和反复打磨的冰面，其表面的微观粗糙度被降到了最低。当运动员的冰刀（这些冰刀本身也是非常尖锐和光滑的）接触到这样光滑的表面时，摩擦力就会非常小，才能实现高速滑行。
2. “水膜效应”： 尽管我们感觉冰面是固态的，但事实上，在冰刀与冰面接触的瞬间，由于冰刀尖锐的压力，加上一点点摩擦产生的热量，冰面的最表层会产生非常非常薄的一层液态水膜。这层水膜就像一层润滑剂，大大减小了冰刀与冰面之间的直接接触和摩擦。这层水膜有多薄呢？可能只有几个分子厚度。正是这层薄薄的水膜，让冰面变得异常滑溜。
3. 冰的晶体结构： 冰本身也具有一定的特性。虽然是固体，但其内部的分子排列方式，在某些条件下，也更容易产生滑移。
为什么不同项目的冰面标准可能略有不同？
你可能会注意到，虽然都是冰面，但花样滑冰、冰球和短道速滑对冰面的要求又会有些许差异。
花样滑冰： 对冰面的平整度要求是最高的。运动员需要在冰面上做出各种复杂的跳跃、旋转和步法，任何一点小瑕疵都可能导致失误。所以他们的冰面会反复精修，追求极致的光滑。
冰球： 除了光滑，还需要一定的硬度。因为冰球运动员需要频繁地加速、急停、变向，并且会有激烈的身体对抗，冰面需要能承受住这些冲击而不会轻易出现大坑。
短道速滑： 短道速滑的特点是高速、小圈。冰刀的形状可能也与花滑略有不同，对冰面的光滑度要求也非常高，但因为比赛节奏快，冰面磨损也会比较快，所以他们比赛期间也会有更频繁的“刨冰”和“浇水”维护。
总而言之，冬奥会上的冰面，不是一块简单的冰，而是经过科学设计、精细制作和持续维护的“工程艺术品”。它的光滑，是多重因素共同作用的结果，包括材料的纯净、结构的稳固、表面的平整，以及那层微妙得恰到好处的“水膜”。下次再看冬奥会，看到那些在冰上“飞舞”的运动员，不妨想想他们脚下那块凝聚了无数心血的冰面，是不是也觉得挺神奇的？
网友意见
在观赏冰面运动的比赛时，我们能看到速滑选手们一次次打破奥运纪录，滑出55千米/小时的惊人速度；花滑选手们“翩若惊鸿、宛若游龙”地不停转圈儿；而重达19千克的冰壶居然能轻而易举地到达选手设想的任何地点。这一切都基于一个我们习以为常的事实：冰面是滑的。
但如果观察一块低温的冰块，其粗粝的固体表面可能让你完全意识不到，它踩上去竟会比一块平整的玻璃还要滑。实际上，这个问题已经困扰了科学家们长达两个世纪之久。
早在19世纪就有科学家提出，如果给冰施加压力，冰的熔点就会降低。也就是说，只要有足够大的压力，冰就会更容易变成水。这种说法可以说是解释冰面为什么这么滑的标准答案。物理老师们常用直观的“负重铁丝穿过冰块”实验（有兴趣的读者可以自己在家动手做一次）来证明这点。人们想当然地认为，冰刀那么锋利，划过冰面时冰面单位面积承受的压力极大，肯定瞬间融化了。有水了，不就变滑了嘛。
不过，进一步仔细推敲后，就会发现这个听起来似乎很有道理的解释值得商榷。根据科学家们的计算，一个体重68千克的人穿着冰刀站在冰面上时，仅能让冰的熔点降低0.0167℃。而在花样滑冰的赛场上，冰面通常要维持在－4.5℃左右。也就是说，压力虽然能降低冰的熔点，但绝对达不到在赛场上融化冰面的效果。
于是，科学家又提出了摩擦生热的假说。这个解释似乎更加直观，在冰面上运动的冰刀高速摩擦冰面，难道还不能生出足以融化冰面的热量吗？
可是，这个假设没法解释一种常见的现象，那就是很多人一站到冰面上，动都没动就摔倒了，根本还没有足够的摩擦去生热。因此，科学家们坚定地认为，除了“摩擦生热”外，一定还有更特殊的原因。
人们已经想到了冰面滑是因为有水，而前两个假设就是为了解释水从何而来。于是，又有人提出了第3个假说：冰的表层本来就有水。
实际上，这个现象也很容易理解。在冰柜里放置两块冰，将它们轻轻地叠在一起。过几个小时再打开冰柜，就会看到两块冰冻成一块。物理学家认为，这是由于冰块周围覆盖着薄薄的水层，当两个水层相遇后就会冻成冰。
到了1987年，科学家们通过X射线成像技术指出，冰面上应该存在一层非常非常薄的水分子层，厚度约在100纳米量级。这是由于当水结冰时，每一个水分子都会通过氢键抓住其周围的水分子，形成晶体结构。但是表层的水分子周围缺少其他水分子，因此没有办法形成如冰块内部那般规则的结构，只能杂乱无序地游荡在表面。其实，基本上所有固体在接近熔点时都会在表面形成很薄的液体层。
现在，我们终于可以回头看看滑冰时冰面究竟发生了什么。薄薄的水分子层是你可以在冰上滑动的初始原因。随着冰刀越来越快地划过冰面，摩擦生热产生了更多的水，这让你滑得越发顺畅。
在不久之前，这一解释还只是推测。因为表面的水层实在是太薄了，在实验中几乎无法将其与冰区分开。不过，在2017年，来自荷兰的科学家通过使用两束飞秒级的激光照射冰的表面，分析其与表面分子相互作用后的光谱，发现了在－3℃的冰面上，有着4个分子厚的液体层。而在－30℃时，液体层就只有2个分子厚了，此时摩擦产生的热也不足以让冰融化了。也就是说，在冷却到－30℃以下的冰面上，你就不再能够滑行自如。
编译/lulu（《科学世界》2018年4期“Q&A”）
参考文章：https://www.vox.com/science-and-health/2018/2/13/16973886/olympics-2018-ice-skating-science-speed
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