خاصیت جدید آب کشف شد: مایع حیات می‌تواند همزمان به دو شکل مایع وجود داشته باشد
در یک مطالعه جدید ، دانشمندان دریافتند که آب تحت فشار شدید و درجه حرارت بسیار پایین (سرما) می تواند به دو مرحله مختلف سیال و در عین حال در این دو مرحله تقسیم شود. این نظریه ده ها سال پیش مطرح شد ، اما تا به امروز اثبات نشده است. شبیه سازی های پیشرفته مولکولی ، استفاده از هوش مصنوعی و مکانیک کوانتومی امکان مدل سازی این رفتار عجیب آب را فراهم می کند. این کشف منجر به پیشرفت مواد و فناوری محیط زیست می شود.
آب یک ماده واقعاً منحصر به فرد است. آب یکی از معدود موادی است که به طور طبیعی می تواند در زمان عادی در جامد ، مایع و گاز وجود داشته باشد. به عنوان مثال ، به یخ شناور روی حوضچه ، آب مایع در زیر آن و بخار آب که ابرها را تشکیل می دهند فکر کنید.
محققان دانشگاه سن دیگو کالیفرنیا اکنون ویژگی های عجیب دیگری از زندگی را کشف کرده اند. تحت فشار شدید و دمای پایین ، آب مایع را می توان به دو مرحله مایع جداگانه تقسیم کرد که یکی از آنها مرحله دیگر است. این کشف ، که در فیزیک طبیعت منتشر شده است ، بینش جدیدی از رفتار پیچیده آب ارائه می دهد.
مدل سازی آب مولکولی
Francesco Pisani استاد شیمی و بیوشیمی است که تیم محققان این پروژه را بر عهده داشت. وی در مطالعات خود ، شیمی ، فیزیک و علوم کامپیوتر را برای توسعه مدلهای پیشرفته رفتار مولکولی ترکیب می کند. گروه وی با استفاده از یادگیری ماشین و الگوریتم های محاسباتی ، شبیه سازی های بسیار واقعی را ایجاد می کند که دقیقاً با مشاهدات تجربی سازگار است.
وی گفت: “بیشتر مایعات یکدست هستند ، به این معنی که کل مایعات به هم جریان می یابد و نمی توان یک مولکول مایع را از دیگری تشخیص داد.” این ویژگی همچنین در مورد آب صدق می کند. با این حال ، در سال ۶ ، محققان این تئوری را مطرح کردند که با درجه حرارت و فشار خاص ، آب مایع به یک نقطه بحرانی می رسد که آب دیگر همگن نیست. “
تیم پزشک شبیه سازی هایی را ایجاد کرد که نشان می دهد نقطه مهمی از آب – در دماهای پایین (۲ کلوین) و فشار کافی (۲ اتمسفر) ، به طور خودجوش به دو مرحله با چگالی بالا و چگالی کم تقسیم می شود. در نزدیکی این نقطه بحرانی ، آب نوسانات شدید بین دو مرحله را نشان می دهد. در زیر این فشار ، آب به مرحله کم درآمد خود باز می گردد. در بالای آن ، کاملاً به مرحله با چگالی بالا منتقل می شود. این یک پدیده غیر منتظره است که در سطح مولکولی آشکار می شود.
مدل آب چندگانه مبتنی بر آب مبتنی بر داده (MB-POL) که توسط دکتر Pasnani Group تهیه شده است ، در محاسبات مبتنی بر داده های کوانتومی آموزش داده می شود و به جای محاسبه کل انرژی کل سیستم ، انرژی را از نظر سهم انرژی چند رنگ تجزیه می کند. این انرژی های مرجع به عنوان ورودی به یک مدل یادگیری ماشین داده می شود که می تواند شبیه سازی واقعی آب را در طول نمودار فاز نشان دهد.
پاسی مدل شرح داده شده را توضیح داد: “شخصی که در یک اتاق واحد قرار دارد نشان می دهد. اگر شخص دیگری وارد اتاق شود ، رفتار شخص اول تغییر خواهد کرد تا فضای دوم را بسازد. اگر شخص ثالث نیز وارد شود ، پویایی این دو تغییر می کند تا مکان کافی برای شخص ثالث فراهم شود. رفتار و پویایی مولکول های آب – همانطور که رفتار یک شخص بر دیگری تأثیر می گذارد ، با این حال ، در یک نقطه خاص ، اثرات کل سیستم به طور متوسط محاسبه می شود – زیرا اضافه کردن شخص دیگری به اشباع ، تأثیر قابل توجهی در رفتار افراد دیگر ندارد. “
شبیه سازی مکانیک کوانتومی بسیار گران است. با استفاده از این روشها ، انرژی پنج یا شش مولکول آب ممکن است محاسبه شود. شبیه سازی MB-POL را می توان برای چند میکرو ثانیه اجرا کرد. این همان چیزی است که دانشمندان از آن به عنوان یک مدل سازی پیشرفته مولکولی یاد می کنند و سالها رویای آن را داشته اند. با این حال ، کار ساده ای نبود. این شبیه سازی تقریباً دو سال توسط قدرتمندترین ابر رایانه های جهان ، از جمله “Expanse” در مرکز Supercar San Diego به طول انجامید.
اکنون دانشمندان در مرحله بعدی قصد دارند شرایط آزمایشگاهی را تکرار کنند تا مجدداً آزمایش را انجام دهند. در حال حاضر ، این کشف دقیق ترین پیش بینی اعتقادات دانشمندان در مورد رفتار آب است که اثبات شده است.
منبع: دیجیاتو
