Conform Antena 3: Apa dincolo de aparențe: Noi dovezi despre dubla sa natură lichidă
Ceea ce părea a fi unul dintre cele mai comune și mai bine înțelese lichide de pe Terra, apa, ar putea ascunde o complexitate moleculară surprinzătoare. Un nou studiu, realizat cu ajutorul inteligenței artificiale, pare să ofere pentru prima dată dovezi solide în sprijinul unei teorii lansate acum zeci de ani, care sugerează că apa poate exista în două stări lichide distincte: una cu densitate mai mare și alta cu densitate mai mică.
Această dualitate, unde moleculele de apă trec continuu dintr-o configurație în alta, ar putea explica numeroasele proprietăți neobișnuite ale apei, de la comportamentul său la răcire până la rezistența sa la schimbările bruște de temperatură. Rezultatele studiului au fost publicate recent în prestigiulosa revistă Nature Physics.
Anomaliile apei, explicate de o teorie veche
Spre deosebire de majoritatea substanțelor, apa își modifică densitatea într-un mod necaracteristic atunci când este răcită. Ea devine mai densă până la aproximativ 4 grade Celsius, după care începe să se dilate, un fenomen care explică de ce gheața plutește la suprafață. De asemenea, apa este remarcabil de rezistentă la modificările de temperatură și are o vâscozitate ce variază în funcție de presiune, proprietăți cunoscute sub numele de anomalii ale apei. Până acum, o explicație unitară pentru aceste comportamente complexe lipsea. Teoria celor două stări lichide încearcă exact acest lucru, oferind un cadru conceptual pentru a înțelege aceste particularități.
Inteligența artificială, un instrument revoluționar în cercetare
Pentru a valida această ipoteză, cercetătorii au apelat la o abordare inovatoare, utilizând un sistem avansat de inteligență artificială, bazat pe învățare profundă. Spre deosebire de algoritmii clasici, acest sistem a fost capabil să identifice singur tipare complexe în datele brute, fără a fi explicit programat să caute anumite modele. Simulările au vizat mișcările și interacțiunile a sute de mii de molecule de apă, generând un volum imens de informații – zeci de milioane de puncte de date. Analiza unui astfel de volum prin metode tradiționale ar fi necesitat ani de muncă neîntreruptă. Inteligența artificială a reușit însă să detecteze parametrii cheie care definesc tranziția moleculelor între structura compactă și cea mai puțin densă.
Tranziții moleculare complexe sub lupa AI
Studiul scoate la iveală că transformarea dintre cele două stări lichide nu este întotdeauna unidirecțională sau simplă. În majoritatea cazurilor, moleculele par să urmeze o cale directă, depășind un singur prag energetic. Totuși, în proximitatea punctului în care cele două stări lichide coexistă, procesul de tranziție devine semnificativ mai complex. Moleculele trebuie să navigheze prin trei bariere energetice succesive înainte de a-și schimba configurația, sugerând că această transformare este mult mai elaborată decât se anticipa.
Autorii studiului consideră că aceste noi date reprezintă un pas important în înțelegerea structurii apei. Cu toate acestea, ei subliniază necesitatea confirmării prin experimente de laborator executate cu tehnologii de o sensibilitate extremă. Dacă existența celor două stări lichide va fi demonstrată fără echivoc, acest lucru ar putea revoluționa modul în care înțelegem interacțiunile apei cu alte substanțe dizolvate. Implicațiile ar putea fi profunde în domenii precum biologia, medicina și industria farmaceutică, unde procesele chimice fundamentale din organismele vii au loc în medie apoasă. O cunoaștere mai aprofundată a structurii moleculare ar putea facilita dezvoltarea unor medicamente mai eficiente și ar putea deschide noi perspective în înțelegerea mecanismelor celulare. Rezultatele integrale ale cercetării au fost publicate în martie 2023.
Sursa: Antena 3
