Вода продолжает удивлять ученых своими свойствами. Недавние исследования показали, что под определенными условиями, а именно при высоком давлении и низких температурах, вода может существовать в двух различных жидких состояниях одновременно. Это открытие не только подтверждает теоретические предположения, выдвинутые еще в 1992 году, но и открывает новые возможности для изучения поведения молекул воды.
Исследование, проведенное командой ученых из США, дало возможность углубиться в сложные молекулярные взаимодействия, происходящие в воде. Были использованы современные методы молекулярного моделирования, включая машинное обучение и квантовую механику, чтобы спрогнозировать поведение воды в условиях, которые ранее были недоступны для экспериментального изучения.
Вода известна своей способностью находиться в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Например, лед может плавать на поверхности воды, поскольку его плотность меньше. При температурах около 198 Кельвинов (-75,15 °С) и давлении 1250 атмосфер вода может разделяться на фазы с высокой и низкой плотностью.
Важным аспектом этого открытия является критическая точка, при которой вода теряет однородность. Это значит, что в определенных условиях молекулы воды начинают взаимодействовать между собой по-другому, что приводит к образованию двух различных жидкостей. Ученые наблюдали резкие колебания между этими фазами.
Моделирование основывалось на многочастичных потенциалах, которые обеспечивают более точное представление о взаимодействиях между молекулами. Модель MB-pol, разработанная ученными, позволяет учитывать индивидуальные вклады молекул в общую энергию системы.
Профессор Паэсани объясняет, что поведение молекул воды можно сравнить с динамикой людей в комнате. Когда в комнату входит новый человек, поведение остальных меняется. Аналогично, молекулы воды влияют друг на друга, и это взаимодействие становится особенно важным при высоких давлениях.
Для проведения данного исследования потребовалось почти два года непрерывных вычислений на мощных суперкомпьютерах, таких как Expanse в Сан-Диего. Эти вычисления позволили ученым получить данные, которые ранее были недоступны, и теперь они надеются, что экспериментальные исследования подтвердят их теоретические выводы.
С точки зрения практического применения, результаты исследования могут привести к созданию новых синтетических жидкостей, которые способны переходить между разными фазами, как вода. Например, пористые жидкости, которые меняют свою плотность, могут быть использованы для очистки веществ или опреснения воды.
Однако воссоздание условий, необходимых для демонстрации этого явления в лаборатории, представляет собой серьезную задачу. Технологии, такие как нанокапли, могут предложить решение, создавая крошечные капли воды, которые генерируют высокое внутреннее давление.
