Съществуа ли нейна друга течна фаза ?

Водата е едно от най-загадъчните вещества на нашата планета. Тя е единствената, която може естествено да съществува в три агрегатни състояния – твърдо, течно и газообразно. Представете си замръзнало езеро, под чиято повърхност все още има течна вода, докато над него се носят облаци. Това е само едно от необикновените свойства на водата.

Но възможно ли е водата да притежава още една тайна? Учени от Калифорнийския университет в Сан Диего разкриха неочакван феномен: водата може да се разделя на две различни течни фази, когато е подложена на високо налягане и ниска температура. Това откритие може да промени фундаменталните ни представи за физиката.

Разделяне на водата на две течни фази

Ръководеният от професор Франческо Паесани изследователски екип е успял да създаде изключително точни молекулярни модели, използвайки алгоритми за машинно обучение. Тези симулации разкриват, че при критична точка от приблизително 198 Келвина (-103 °F) и налягане от 1250 атмосфери, водата спонтанно преминава в две течни състояния: едното с висока плътност, другото – с ниска.

Неочакваната двойнственост на водата

Обикновено течностите са хомогенни – техните молекули се разпределят равномерно, което затруднява разграничаването на една от друга. През 1992 г. обаче учени предположиха, че водата може да загуби тази хомогенност при определени условия. Сега, благодарение на съвременните изчислителни методи, тази теория беше потвърдена.

Изследването разкрива, че след достигане на критичната точка, водата преминава спонтанно от едната в другата течна фаза. Това поведение е не само неочаквано, но и трудно за наблюдение в лабораторни условия. Въпреки множеството опити, досега учените не успяваха да пресъздадат този феномен експериментално.

Революцията в молекулярните симулации

Развитието на изчислителните модели и напредъкът в квантовата механика направиха възможно детайлното симулиране на поведението на водата. Екипът на Паесани използва метод, наречен MB-pol, който позволява изчисления на молекулярно ниво за продължителни периоди от време – нещо, което преди беше немислимо.

„Нашият модел е толкова реалистичен, че почти можете да го изпиете“, шеговито коментира проф. Паесани. Благодарение на машинното обучение, изследователите могат да изследват водата в различни състояния, като проследяват взаимодействията между отделните молекули с невероятна точност.

Какво означава това откритие?

Фактът, че водата може да преминава между две течни фази, би могъл да доведе до нови технологии и приложения. Например, ако този феномен може да се възпроизведе в контролирана среда, това би могло да доведе до създаването на нови синтетични течности с уникални свойства – такива, които могат да абсорбират замърсители или да подпомогнат процесите на обезсоляване.

Предизвикателството пред науката

Симулациите, използвани за потвърждаване на този феномен, отнеха две години непрекъснати изчисления на едни от най-мощните суперкомпютри в света. Следващата стъпка е експерименталното му потвърждение, което остава трудна задача поради екстремните условия, при които се случва този преход.

Напредъкът в нанотехнологиите обаче дава надежда, че този феномен може да бъде изследван по нови начини. Например, нанокапчици вода, които създават високо вътрешно налягане чрез повърхностно напрежение, могат да послужат като модел за наблюдение на тези фазови преходи.

Откритието, че водата може да притежава две течни фази, е едно от най-значимите в съвременната физика. То поставя под въпрос основни концепции за свойствата на течностите и отваря врати към нови изследвания и технологии. Макар че експерименталното доказателство тепърва предстои, резултатите от компютърните симулации са повече от убедителни.

източник: meteobalkans.com