Jau kurį laiką mokslininkai įtarė, kad molekuliniu lygmeniu vanduo yra du skirtingi skysčiai – tankesnis ir mažiau tankus, kurie nuolat keičiasi vietomis. Surinkti molekulinius šios mikroskopinės transformacijos įrodymus nebuvo lengva, tačiau tyrėjai teigia, kad pasitelkę į pagalbą dirbtinį intelektą pagaliau juos surado, skelbia „Live Science“.
„Sunku įsivaizduoti – juk tai tas pats vanduo, tiesa?“ – „Live Science“ sakė chemikas iš Honkongo miesto universiteto ir naujojo tyrimo bendraautoris Xiao Chengas Zengas.
Birželio 4 d. žurnale „Nature Physics“ paskelbti tyrimų rezultatai galėtų ne tik įrodyti, kad ilgai ieškotas molekulinis pokytis yra realus, bet ir padėti paaiškinti dešimtis keistų vandens savybių.
Dauguma skysčių vėsdami tampa tankesni, tačiau vanduo elgiasi kitaip: jis tankėja iki maždaug 4 laipsnių Celsijaus, o tada pradeda plėstis – būtent dėl to ledas plūduriuoja. Be to, vanduo geriau nei panašūs skysčiai atlaiko temperatūros pokyčius, o jo klampumas, pasiekus tam tikrą slėgį, mažėja. Mokslininkai užfiksavo įvairių vandens anomalijų ir įtaria, kad jos gali būti tarpusavyje susijusios.
Dviejų būsenų modelis yra bandymas pateikti visa apimantį paaiškinimą.
X. Ch. Zengas ir jo suburti mokslininkai atliko didelio masto molekulinės dinamikos dirbtinio intelekto modeliavimus. Jie stebėjo, kaip juda ir sąveikauja šimtai tūkstančių vandens molekulių, ir surinko didžiulį kiekį duomenų.
Dirbtinis intelektas pateikė „reakcijos koordinates“ – nedidelį skaičių iš viso molekulių judėjimo išgrynintų kintamųjų, kurie tiksliai apibūdina, kaip vandens molekulės vietinė konfigūracija pereina iš tankesnės struktūros į laisvesnę ir atgal.
Mokslininkai nustatė, kad šių dviejų struktūrų virsmo viena į kitą eiga kinta priklausomai nuo tam tikrų sąlygų. Dažniausiai šis virsmas vyksta, mokslininkų žodžiais tariant, „pusinės kilpos“ keliu, įveikiant vieną energijos barjerą.
Tačiau pasiekus ribą tarp didelio ir mažo tankio vandens – panašią į ribą, kai nulio laipsnių Celsijaus temperatūroje kartu egzistuoja ledas ir skystas vanduo, – molekulės gali pasirinkti ilgesnį „visos kilpos“ kelią, kuriame yra trys atskiri barjerai.
X. Ch. Zeng šį procesą palygino su žygiu į kalną, tarsi padalintu į dvi dalis: vienoje pusėje – nuožulnus šlaitas, kitoje – stačios uolos. Dauguma žygeivių renkasi šlaitą – tai ir yra pusinė kilpa. Tačiau ties riba, kur susitinka abi pusės, atrodo, tarsi kalnas vėl taptų vientisas ir leistų žygeiviams apeiti visą viršūnę. Tai ir yra visa kilpa.
Siekdami patvirtinti gautą rezultatą, X. Ch. Zengas ir jo kolegos kuria tikslesnį mašininio mokymosi modelį. Jie tikisi, kad galiausiai pavyks susieti jį su tokiomis savybėmis kaip tankis, klampumas ir temperatūra.
