Вода — одна из самых необычных жидкостей во Вселенной. Её аномальные свойства (расширение при охлаждении ниже +4 °C, высокая теплоёмкость, необычная сжимаемость и то, что лёд плавает на поверхности) уже более ста лет ставят учёных в тупик. Теперь международная группа физиков впервые получила прямые экспериментальные доказательства существования особого «скрытого» критического состояния воды, которое, по всей видимости, и отвечает за эти странности.

Результаты исследования опубликованы в престижном журнале Science.

Что удалось обнаружить

Учёным удалось «поймать» воду в глубоко переохлаждённом состоянии — при температуре около −63 °C и давлении порядка 1000 атмосфер. Используя сверхбыстрые рентгеновские импульсы, они наблюдали структуру жидкости до того, как она успевала превратиться в лёд.

«Мы смогли буквально увидеть, как исчезает переход между двумя жидкими фазами и возникает новое критическое состояние», — рассказал профессор Андерс Нильссон, один из руководителей работы.

Согласно полученным данным, при экстремальных условиях вода может существовать в двух различных жидких формах, отличающихся структурой водородных связей. В так называемой скрытой критической точке эти две фазы сливаются, а система становится крайне нестабильной и чувствительной к малейшим изменениям.

«Эхо» критической точки в обычной воде

Даже при привычных нам температурах и атмосферном давлении вода, как считают исследователи, несёт в себе «эхо» этого скрытого состояния. Постоянные микроскопические флуктуации и переходы между двумя структурными формами объясняют её аномально высокую теплоёмкость, сжимаемость, поверхностное натяжение и многие другие уникальные свойства.

Почему это важно

Дискуссия о природе аномалий воды ведётся со времён Вильгельма Конрада Рентгена, открывшего рентгеновские лучи. Новые экспериментальные данные могут наконец поставить точку в этом долгом научном споре.

Значение открытия выходит далеко за рамки фундаментальной физики:

  • Оно помогает лучше понимать климатические процессы и круговорот воды в природе.
  • Влияет на моделирование геологических явлений.
  • Имеет прямое отношение к биологии: уникальные свойства воды сделали возможным возникновение и развитие жизни на Земле.

Вкратце

Учёные впервые экспериментально подтвердили существование скрытой критической точки воды при температуре около −63 °C и высоком давлении. В этом состоянии вода существует в двух разных жидких фазах, которые в критической точке сливаются. Именно «эхо» этого скрытого состояния объясняет все аномальные свойства воды при обычных условиях. Открытие, опубликованное в журнале Science, может стать ключом к пониманию того, почему вода обладает уникальными качествами, сделавшими возможным существование жизни на нашей планете.