Подтверждена гипотеза о двух жидких состояниях воды

Фото из открытых источников

Международной группе исследователей впервые удалось подтвердить на молекулярном уровне, что жидкая вода - это сочетание двух разных состояний, одно из которых плотнее другого. Данные структуры постоянно сменяют друг друга. Открытие стало подтверждением гипотезы, что учёные обсуждали около 30 лет.

Физикохимиком Сяо Чэн Цзэн и исследователем Ливэнем Ли из Городского университета Гонконга был применён метод машинного обучения без учителя. Алгоритм автономно анализировал итоги объёмного моделирования, что охватывало сотни тысяч молекул воды.

Так был получен массив данных, настолько масштабный, что для его ручной обработки потребовалось бы около десяти лет. Нейросеть сократила этот срок до полутора лет. Результатами работы авторы поделились в журнале Nature Physics.

Анализ выявил алгоритмы перехода между двумя состояниями воды. При стандартных условиях он идёт через один энергетический барьер. Но при температурах, близких к нулю по Цельсию, молекулы перестраиваются по более сложной схеме, преодолевая несколько энергетических препятствий.

Новые данные позволяют объяснить такие аномалии воды как расширение при замерзании и «странное» изменение вязкости при давлении. Эксперты намерены продолжить изыскания, связав обнаруженные процессы с такими характеристиками как плотность, температура и текучесть жидкости.

Практическое значение исследования для биологии и фармацевтики велико. Более точные модели дадут возможность изучения взаимодействия белков, солей и лекарственных соединений в растворах, а также усовершенствовать создание новых медицинских препаратов.