Apa, considerată unul dintre cele mai simple și comune lichide, ascunde la nivel molecular un comportament mult mai complex decât se credea. Un studiu recent realizat cu ajutorul inteligenței artificiale indică faptul că apa lichidă ar putea fi compusă din două structuri diferite: una cu densitate ridicată și alta cu densitate mai scăzută, ambele transformându-se continuu una în cealaltă.
Ipoteza celor două structuri ale apei
Este cunoscut faptul că apa are proprietăți neobișnuite comparativ cu alte lichide. Spre exemplu, densitatea apei crește până la aproximativ 4 grade Celsius, după care începe să scadă, ceea ce explică flotabilitatea gheții. Mai mult, apa prezintă variații în vâscozitate sub anumite presiuni și răspunde mai lent la schimbările de temperatură față de alte lichide.
Pentru a explica aceste anomalii, oamenii de știință au propus ipoteza unui amestec microscopic de două stări distincte în apa lichidă: una mai densă și alta mai puțin densă. Observarea directă a acestor transformări a fost însă dificilă, deoarece moleculele de apă se mișcă foarte rapid și schimbările se produc pe scale extrem de mici și efemere.
Rolul inteligenței artificiale în cercetare
O echipă de cercetători de la City University of Hong Kong a adoptat o tehnică avansată de învățare profundă nesupravegheată pentru a analiza simulările moleculare. Această metodă a permis analizarea unui volum imens de date rezultate în urma mişcărilor și interacțiunilor a sute de mii de molecule de apă, depășind limitele analizelor clasice.
Prin identificarea tiparelor emergente, inteligența artificială a reușit să cartografieze căile prin care moleculele trec de la starea cu densitate mai mare la cea cu densitate mai mică și invers, oferind o imagine detaliată a schimbărilor structurale moleculare din lichidul de apă.
Implicații și perspective viitoare
Acest studiu nu susține existența a două tipuri distincte de apă în mod permanent, ci subliniază că moleculele se reorganizează temporar între două stări locale diferite. Transformările se produc, în cele mai multe cazuri, printr-un singur traseu simplu de energie, dar în condiții specifice, acestea pot implica trasee energetice mai complexe.
Înțelegerea mai profundă a acestor structuri moleculare ar putea explica proprietăți fizice neobișnuite ale apei, precum plutirea gheții și variația densității la temperaturi joase, dar și influența apei în procese biologice și farmacologice importante.
Necesitatea confirmării experimentale
Deși rezultatele sunt promițătoare, ele se bazează pe simulări și modele computaționale, iar validarea lor în condiții reale va necesita experimente foarte sensibile. Echipa de la City University of Hong Kong, condusă de chimistul fizician Xiao Cheng Zeng, lucrează la dezvoltarea unor modele de învățare automată mai riguroase ce să coreleze structurile moleculare cu proprietăți fizice ale apei.
Confirmarea acestor presupuneri în apa reală reprezintă o provocare majoră, dar ar putea deschide noi căi în înțelegerea fundamentală a lichidului esențial vieții.
