Вода оказалась с сюрпризом

Китай

• Вода

Моделирование на молекулярном уровне, проведенное командой под руководством профессора Сяо Чэн Цзэна из Городского университета Гонконга, показало, что обычная жидкая вода - это не однородное вещество, а динамичная смесь двух разных микроскопических структур, которые постоянно переходят друг в друга. Результаты работы опубликованы в Nature Physics. Это тот самый случай, когда старая гипотеза, наконец, получила подтверждение.

Подозрение о двух структурах воды существует уже несколько десятилетий. Ученые давно предполагают, что жидкая вода состоит из двух взаимопереходящих форм: одной более плотной и хаотичной, и другой - менее плотной и более упорядоченной. Такая необычная модель хорошо объясняла бы многие странные свойства воды. Например, почему она становится легче сжимаемой при охлаждении и почему достигает максимальной плотности при +4 °C, а не при нуле. Однако прямых доказательств существования этих двух структур на уровне отдельных молекул долгое время получить не могли.

Исследователи опирались на мощные компьютерные симуляции. Команда применила современный подход - глубокое обучение без учителя. Специалисты использовали автокодировщик, который сам находил скрытые закономерности в данных, без заранее заданных человеком предположений. Модель обучили на огромном массиве данных - около 74 миллионов локальных конфигураций молекул воды, полученных из симуляций с использованием точной модели TIP4P/Ice. Примерно 17 % данных относились к области жидкостно-жидкостного фазового перехода.

В оптимальной конфигурации на графиках четко проявились два отдельных кластера. Это структура А (более плотная, неупорядоченная) и структура В (менее плотная, более упорядоченная). Интересно, что они существуют в широком диапазоне температур и давлений, в том числе в условиях, близких к комнатной температуре. Исследование показало и то, как структуры переходят одна в другую. Процесс перехода зависит от условий на фазовой диаграмме. В высокоплотной области это происходит одним путем, в низкоплотной - другим. А на границе, где две фазы взаимодействуют наиболее активно, молекулы проходят сложный трехмерный полный цикл с тремя переходными состояниями.

Вера Максимова, 30.06.2026 15:20