RW Space

По мере того, как вода остывает, ее поведение становится все более странным с точки зрения физики, и исследователи, ищущие объяснения, обнаружили нечто новое: ранее скрытую «критическую точку», которая появляется в переохлажденной воде, которая не замерзает.

С помощью различных трюков с давлением и температурой ученые могут сохранять воду в жидкой форме значительно ниже стандартной точки замерзания. Предыдущие исследования предположили, что на этой особой стадии вода разделяется на две отдельные фазы – жидкость с высокой плотностью и жидкость с низкой плотностью.

В этом новом исследовании международная группа исследователей получила более прямые доказательства этого состояния жидкость-жидкость, а также критическую точку, за которой вода переходит в единое, но летучее состояние с точки зрения ее молекулярной структуры.

Получить какой-либо правильный взгляд на эти состояния воды оказалось сложно, потому что они существуют правильно на границе замерзания и превращения воды в лед. Его называют «ничейной территорией» с точки зрения проведения правильных измерений.

«Особенным было то, что мы смогли провести рентгеновские снимки невообразимо быстро до того, как лед замерз, и наблюдать, как переход жидкость-жидкость исчезает и возникает новое критическое состояние», — говорит физик-химик Андерс Нильссон из Стокгольмского университета в Швеции.

«На протяжении десятилетий существовали предположения и различные теории, объясняющие эти замечательные свойства, и одна теория заключалась в существовании критической точки. Теперь мы обнаружили, что такая точка существует».

Быстрый нагрев (с помощью инфракрасных лазеров) и сверхбыстрые снимки (с помощью рентгеновских лучей) имели решающее значение для проводимых здесь экспериментов. Лед, созданный исследователями, прошел через состояние жидкость-жидкость, критическую точку и колебательное состояние, при этом наблюдения проводились в мельчайшие сроки.

Хотя точную критическую точку еще предстоит найти, это исследование значительно сужает границы. Исследователи полагают, что это около -63 °C (-81,4 °F) и отметки в 1000 атмосфер, что поможет в дальнейших исследованиях.

Более того, критическая точка похожа на черную дыру. По мере приближения воды к ней системная динамика жидкости замедляется, и структурные изменения происходят гораздо дольше. Это делает невозможным для жидкости избежать перехода.

Эти открытия могут показаться эзотерическими и представлять интерес только для физиков, но на самом деле они расширяют наше понимание того, как работает вода (и почему она может вести себя так странно) на фундаментальном уровне. Это имеет значение почти для всего, во что вовлечена вода на нашей планете и за ее пределами, а это очень много.

«Исследователи, изучающие физику воды, теперь могут остановиться на модели, согласно которой вода имеет критическую точку в режиме переохлаждения», — говорит Нильссон.

«Следующий этап — выяснить, как эти открытия влияют на важность воды в физических, химических, биологических, геологических и климатических процессах».

Вам нужно всего лишь взглянуть на кубики льда, чтобы увидеть странность воды. Когда вещество охлаждается, оно обычно сжимается и становится плотнее – но не вместе с водой, поэтому кубики льда плавают около верхней части стакана, а не опускаются на дно.

По теме: Горячий черный лед может быть ответственен за дикий магнетизм Нептуна

В воде существует множество других странных свойств, помимо ее наиболее распространенных состояний, включая поведение жидкости «два в одном», проанализированное здесь. Это еще один шаг вперед, но еще предстоит ответить на множество вопросов.

Что еще отличает воду от других жидкостей, так это то, что, насколько нам известно, она необходима для жизни. Это направление исследователи хотят продолжать исследовать.

«Мне очень интересно, что вода — единственная сверхкритическая жидкость в условиях окружающей среды, где существует жизнь, и мы также знаем, что без воды нет жизни», – говорит физик-химик Фивос Перакис из Стокгольмского университета.

— Это чистое совпадение или есть какие-то важные знания, которые мы можем получить в будущем?»

Исследование опубликовано в журнале Science.