水是生命之源，在地球上有着举足轻重的地位，地球上71%面积是海水，人体中水分也占到了60%-70%，在一个标准大气压下，水的熔点是0℃，沸点是100℃，超过100℃水就会气化，关于水的特性我们早已熟知。但是科学家发现了水的一个反物理特性，水在105摄氏度的高温下竟然会结冰，这个结果也让很多学者跌破了眼镜。
当科学家把碳纳米管浸入含有水的容器中时，发现了几个的水分子可以钻入纳米管中，当加热碳纳米管时，内部的水分子呈现出反常的物理特性，竟然结冰堵住了纳米管！科学家利用振动光谱成像技术观察了水分子在内部的运动情况，发现这种“冰”的结构和一般的冰不同，是水分子与碳纳米管之间形成的一种特殊的晶体结构，这里我们也把它称之为冰。
并且不同直径的碳纳米管，水的结冰温度都不同。纳米管的直径越小，水分子变成冰柱所需要的温度就越高。当科学家把单个水分子（直径大约是0.4纳米左右），放入直径只有1.05纳米的碳纳米管中时，水会在105度结冰，而当碳纳米管的直径变成了2纳米时，水分子居然在零下83摄氏度才会结冰。碳纳米管的直径哪怕只相差0.1纳米，水的结冰温度都会相差20摄氏度
或许我们可以类比成宏观和微观世界微粒的特性，就像物理学中牛顿的经典力学只适用于宏观低速的状态，而在微观世界就不再适用，而是有另一套物理体系。水分子的这种神奇特性也让科学家难以解释。
为了在现实中得到应用，美国科学家利用强脉冲中子源来进行试验，并且改进了碳纳米管的结构，让水分子在碳纳米管内永远不会结冰，即使是在绝对零度，零下273.15摄氏度都不会结冰。不管是哪种碳纳米管的结构，只要能够广泛应用于飞机和航天材料都是百利而无一害。
飞机在高空的低温环境下飞行，经常会面临结冰的问题，飞机引擎和机身外壳如果能使用碳纳米管制造的材料，不仅可以减轻机身重量，提高稳固性，还可以抵抗低温环境，减少损耗。
科学家欲通过控制碳纳米管的结构和直径大小来控制水分子的冰点，载人火箭发射到回归地球的过程中，必定过经历外壳高温的情况，可以在航天材料中混合直径1.05纳米的碳纳米管，温度超过105摄氏度就会和空气中少量的水分子一起结冰，以此来降低抵消外壳的高温，大大增加安全性。
在我们一般的认知中，水有三种状态：固态（冰）、液态（水）、气态（水蒸汽）。而一般情况下，水会在100摄氏度时就会汽化，成为水蒸汽，这也是常识性的东西了。
那说水在105摄氏度时会结成冰，那不是违反了物理定律了么？
105摄氏度时确实出现了水结成冰的现象，但是这个是有条件的，而且这时候结成的冰和日常我们所说零度时的固态冰并不一样，这时结成的是晶并不是冰。
详细得看一下这个实验了。
这项研究应该是2018年年国外科学团队发现的，当把直径只有1.8纳米的管状碳纳米管放入盛满水的容器中时，让直径只有0.5纳米的单个水分子进入这个纳米管中，然后加热至105摄氏度时竟然出现了纳米管凝固被堵塞，并且这个凝固现象中实际上其中的水分子温度并没有降低，但水分子却形成了和冰结构类似的固体。
这一现象也一反常态，水加热是不可能会凝固或者结冰的，但是在某种特性的情况：几个水分子和狭小的纳米容器内可以实现，但目前还并不清楚，这个凝固的状态和碳纳米管本身有没有发生反应。
那类似的反物理现象还有没有其他的例子呢？
光学黑洞
顾名思义，所有的光在遇到这个器件的时候，都有去无回。
光学黑洞实际上是用电磁材料来控制电磁波的路径，来模拟光掉进黑洞时的路径变化。从这个角度来说还是挺有意思的。
负折射率材料
负折射率材料在上个世纪还一直以为是不存在的，现在都造出来了。一般实现负折射介质是采用超材料，当然光子晶体也是可以的。
如果对超材料感兴趣可以点击这里，我对它做了比较详细的介绍：
地铁内超高速 Wi-Fi 中的超材料到底是什么，怎样 「剪裁」电磁波？
负折射率材料有很多反直观的特性，比如逆契伦科夫辐射。
什么是契伦科夫辐射？
契伦科夫辐射一般来说是物体运动速度大于介质里面波的传播速度。这里的波可以是电磁波，声波，水波等。
所以摩托艇在水面滑行产生的水纹就是契伦科夫辐射。飞机超音速飞行时引发的音爆也是由于契伦科夫辐射。
在电磁波中：
对于折射率为2的介质，电磁波的极限速度为0.5c（c是电磁波在真空中的速度），如果一个高能粒子以0.6c的速度射入这种介质，就会产生所谓的契伦科夫辐射。所以应该是这样的：
注意，在这里能量传播方向跟波的传播方向相同。
如果将材料替换为负折射率材料，那么很神奇的事情发生了：
可以看到能量传播方向跟波的传播方向正好相反。
还有逆多普勒效应，就是电磁波波源离你远去的时候，你发现它的频率在增加。
利用负折射率材料还可以制作完美的透镜，电磁波携带的所有的信息都可以恢复，没有衍射极限的问题了，也就是超透镜。
光子晶体
光子晶体是模拟固体物理中的晶体得到的。这就很神奇了，它跟晶体一样有禁带。
首先看看光子晶体怎么实现，它是这样的：
蓝色的普通的介质，比如介电常数为8的材料，其他的是空气。
照理来说，这种材料是不可以完全阻挡电磁波传播的，但是如果它排成这种周期结构，在某些频率下，它就可以禁止电磁波传播。所以就可以用来束缚电磁波，做成波导：
有人问这东西有什么用，波导不是可以用金属来做吗。但是在光频道，金属就不再是金属了，它们变成了普通的介质。所以光子晶体具有做光器件的潜力。它还可以做成三维的，就变成了类似光纤的东西。注意它跟光纤不一样，光子晶体是在亚波长尺度调控光波。
