Аномалии воды: квантовая модель объясняет её поведение в экстремальных условиях

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Наука и космос

Вода — вещество, настолько привычное, что мы редко задумываемся о его необычайности. Мы пьём её, моемся ею, используем в бесчисленных процессах, от приготовления пищи до охлаждения ядерных реакторов. Но за этой повседневностью скрывается сложная и до конца не разгаданная физическая картина. Уникальные свойства воды, её аномалии, делают её не просто жидкостью, а основой жизни и ключом к пониманию множества природных явлений.

Долгое время учёные пытались разделить сложный «характер» воды на составляющие, понять, как взаимодействие молекул H₂O приводит к таким необычным эффектам, как высокая теплоёмкость, аномальное расширение при замерзании и уникальная поверхностное натяжение. Но до сих пор полной и всеобъемлющей теории, объясняющей все эти аномалии, не существовало.

Аномалии воды, вольная интерпретация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Недавно группа исследователей из Барселонского университета под руководством Джанкарло Францезе и Луиса Энрике Коронаса предложила новый теоретический подход, который может стать прорывом в понимании физики воды. Их модель, получившая название CVF (по инициалам фамилий учёных), основана на квантовых расчётах ab initio, что позволяет с высокой точностью воспроизводить термодинамические свойства воды в широком диапазоне условий.

Ключевым открытием, сделанным с помощью модели CVF, стало существование критической точки между двумя жидкими формами воды. Именно эта точка, по мнению исследователей, является источником всех аномалий, делающих воду такой необычной. Важно подчеркнуть, что сама идея о существовании двух жидких фаз воды не нова, однако модель CVF подкрепляет её квантово-механическими расчётами, учитывающими сложные многочастичные взаимодействия между молекулами воды. Это принципиальное отличие от предыдущих моделей, которые не могли в полной мере учесть квантовую природу водородных связей.

Модель CVF позволяет проследить, как квантовые взаимодействия влияют на флуктуации плотности, энергии и энтропии воды, от нано- до макроуровня. Это открывает новые перспективы для понимания роли воды в биологических процессах. Например, вода активно участвует в регуляции обмена веществами и влияет на конформацию белков и нуклеиновых кислот.

Вода в бассейне
Автор: Mercado Viagens from Brasil Источник: commons.wikimedia.org

Но значение модели CVF выходит далеко за рамки фундаментальной науки. Она может стать мощным инструментом для разработки новых технологий. Уже сегодня ведутся исследования по созданию искусственных мышц на основе воды, сверхъемких устройств памяти и высокоэффективных систем очистки воды, использующих уникальные свойства водных наноструктур.

Конечно, модель CVF — это не окончательный ответ на все вопросы, связанные с физикой воды. Она имеет свои ограничения, особенно при моделировании экстремальных условий. Однако, именно эти ограничения указывают направления для дальнейших исследований и приближают нас к созданию полной и всеобъемлющей теории, способной объяснить все тайны этой удивительной жидкости.

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Каким будет среднебюджетник Samsung Galaxy A26: что известно на данный момент

В последнее время в сети появилось много информации о грядущем среднебюджетном смартфоне Galaxy A26. Корейский гигант не торопится делиться какими-либо подробностями о готовящемся смартфоне, но...

Хурма: как выбрать, с чем есть, полезные свойства и необычные факты

Хурма — это не только вкусный, но и полезный плод, завоевавший популярность благодаря своему сладкому вкусу, насыщенному цвету и богатому составу витаминов. Несмотря на изобилие сортов,...

Гравитация – это квантовое поле? Новый эксперимент бросает вызов классической физике

Гравитация — сила, управляющая движением планет и звезд, удерживающая нас на Земле. Мы привыкли воспринимать ее как нечто непреложное и подчиняющееся законам классической физики,...

В Москве открылось антикафе с Мини-пигами. Показываю, что там происходит

Новое место в Москве с карликовыми свинками возникло на Проспекте мира, и хотя это довольно дорого, все же это и довольно забавно. Как добраться Проще всего до точки доехать на автобусе от м....

Аномалии воды: квантовая модель объясняет её поведение в экстремальных условиях

Вода — вещество, настолько привычное, что мы редко задумываемся о его необычайности. Мы пьём её, моемся ею, используем в бесчисленных процессах, от приготовления пищи до охлаждения...

Обзор геймпада для смартфонов EasySMX M05

В этом обзоре я хотел бы поделиться с вами своим впечатлением о новой модели геймпада от популярного китайского бренда EasySMX. Компания предлагает широкую линейку игровых контроллеров, в том...