Naučnici uz pomoć vještačke inteligencije došli do zaključka: Voda je možda mješavina dvije tečnosti

Međutim, bilo je veoma teško pronaći direktne molekularne dokaze za ovu mikroskopsku transformaciju. Sada istraživači tvrde da su, uz pomoć vještačke inteligencije, konačno uspjeli u tome.

„Teško je to zamisliti. Postoji samo jedna voda, zar ne?“, rekao je Sjao Čeng Zeng, koautor nove studije, držeći flašu vode u ruci. To pitanje ga je navelo da istraži naučnu literaturu, gdje je pronašao moguće objašnjenje – hipotezu o dva stanja vode.

Prema njegovim riječima to mu je privuklo pažnju, jer postoje brojni naučni radovi o tome, ali ne i direktni dokazi.

Rezultati istraživanja mogli bi ne samo da potvrde postojanje ove dugo tražene molekularne promene, već i da objasne brojna neobična svojstva vode.

Većina tečnosti postaje gušća kako se hladi, ali voda se ponaša drugačije. Njena gustina raste do oko četiri stepena Celzijusa, nakon čega počinje da se širi, zbog čega led pluta na površini. Voda takođe bolje odoleva promjenama temperature od sličnih tečnosti i pokazuje neobične promjene viskoznosti pod određenim pritiscima. Naučnici su dokumentovali brojne anomalije povezane sa vodom i sumnjaju da su sve one međusobno povezane.

Banja Luka

Šibarević: Sedmodnevna agonija, bez vode 1.500 mještana Piskavice, biće preduzete mjere

Model dva stanja predstavlja pokušaj da se pronađe jedinstveno objašnjenje za ova svojstva.

Tridesetogodišnja pretpostavka

Zeng proučava vodu još od kraja devedesetih godina prošlog vijeka, kada se kao postdoktorand bavio procesom zamrzavanja tečnosti. Sa hipotezom o dva stanja prvi put se ozbiljnije susreo oko 2006. godine na naučnim konferencijama. Ipak, godinama je tu ideju ostavljao po strani jer je smatrao da je suviše složena za direktno istraživanje.

To se promjenilo oko 2016. godine, kada su istraživači počeli da objavljuju eksperimentalne dokaze da se superrashlađena voda može razdvojiti na oblike visoke i niske gustine.

Prije oko dvije i po godine, Zeng je ovaj problem poverio postdoktorandu Livenu Liju. Umjesto da ponovi tradicionalne pristupe koji su druge istraživačke grupe već doveli u ćorsokak, Li je predložio primjenu „nenadgledanog dubokog učenja“ – oblika vještačke inteligencije koja sama prepoznaje obrasce u podacima bez prethodno definisanih uputstava.

„Tako je vještačka inteligencija bila primorana da sama uči, stvara i istražuje“, objasnio je Zeng.

Tim je sproveo obimne simulacije molekularne dinamike. Praćeno je kretanje i međusobna interakcija stotina hiljada molekula vode, pri čemu je generisano više desetina miliona podataka.

„Tradicionalno bi vam bio potreban veliki broj studenata da sve to analiziraju. Uz pomoć računara i vještačke inteligencije, Liju je za to bilo potrebno možda godinu i po dana“, rekao je Zeng. Prema njegovoj procjeni, bez vještačke inteligencije isti posao mogao bi da potraje i čitavu deceniju.

Dva puta ka istom cilju

Vještačka inteligencija je izdvojila takozvane „reakcione koordinate“ – mali broj ključnih parametara koji opisuju kako se lokalna struktura molekula vode menja iz gušćeg u ređi oblik i obratno.

Istraživači su otkrili da način na koji jedna struktura prelazi u drugu zavisi od uslova u okruženju. U većini slučajeva prelaz se odvija takozvanom „polukružnom“ putanjom, uz savladavanje samo jedne energetske barijere.

Međutim, blizu granice između vode visoke i niske gustine, slično kao na temperaturi na kojoj led i tečna voda mogu istovremeno da postoje, molekuli mogu da prate složeniju „punu kružnu“ putanju sa čak tri energetske barijere.

Savjeti

Alkohol i voda - kombinacija koja može biti kobna

Zeng to poredi sa usponom na planinu koja je prepolovljena – sa jedne strane nalazi se blaga padina, a sa druge strma litica. Većina planinara bira lakši put, što odgovara polukružnoj putanji. Ali blizu granice između dva stanja, kao da planina ponovo postaje cijela, omogućavajući obilazak čitavog vrha – što predstavlja punu kružnu putanju.

Zajedno sa svojim kolegama razvija napredniji model mašinskog učenja kako bi dodatno potvrdili dobijene rezultate. Nadaju se da će kasnije uspjeti da ih povežu sa svojstvima kao što su gustina, viskoznost i temperatura vode.

Ipak, potvrda ovih struktura u stvarnoj vodi neće biti jednostavna. Zeng smatra da će biti potrebne nove i izuzetno osjetljive eksperimentalne metode, poput onih koje razvija „Pacific Northwest National Laboratory”, čiji su istraživači već ranije pronašli posredne spektroskopske dokaze o dvostrukoj prirodi vode.

„Kada ovo bude potvrđeno eksperimentima, ovaj model će nam pomoći da razumijemo kako voda reaguje sa prirodom“, zaključio je Zeng, prenosi RTS.