น้ำมีคุณสมบัติเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง และมันมีโมเลกุลขนาดเล็กมาก การศึกษาข้อมูลเชิงลึกถึงสาเหตุที่ทำให้น้ำมีคุณสมบัติแบบนี้สามารถหาคำตอบได้โดยวิธีการจำลองแบบใหม่ ซึ่งมีต้นกำเนิดจากการวิจัยทางสมองนั่นเอง

จากการใช้ระบบประสาทจำลอง คณะวิจัยจาก Bochum และ Vienna ได้ทดสอบปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมในโมเลกุลของน้ำ จากผลการวิจัยของพวกเขา พวกเขาได้อธิบายถึงสาเหตุที่ว่าทำไมอุณหภูมิการหลอมเหลวของน้ำแข็งและความหนาแน่นสูงสุดอยู่ที่อุณหภูมิ 4 °C ซึ่งข้อมูลเหล่านี้อาศัยเพียงการสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ 

วิธีที่ถูกพัฒนาขึ้นมาใหม่นี้สามารถทำการคำนวณเชิงกลระดับควอนตัมได้อย่างถูกต้องแม่นยำเช่นเดียวกันกับที่เคยมีมาแต่เดิม แต่มันทำได้ภายในเวลาที่รวดเร็วกว่า 100,000 เท่า คณะวิจัยของ ศาสตรจารย์ ดร. Jörg Behler จากมหาวิทยาลัย Ruhr-Universität Bochum และศาสตราจารย์ ดร. Christoph Dellago จากมหาวิทยาลัย University of Vienna ได้อธิบายงานของพวกเขาไว้ในวารสาร Proceedings of the National Academy of Sciences หรือ PNAS

คุณสมบัติที่ผิดปกติของน้ำ

น้ำมีคุณสมบัติมากมายที่ไม่สามารถทำความเข้าใจได้โดยอาศัยแค่เพียงพื้นฐานองค์ประกอบทางเคมี น้ำมีความหนาแน่นสูงสุดเมื่ออยู่ที่อุณหภูมิ 4 °C ดังนั้นน้ำแข็งจึงลอยอยู่บนน้ำที่เป็นของเหลวได้ อีกทั้งมันยังน่าประหลาดใจ เช่น น้ำเป็นโมเลกุลขนาดเล็กที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องและไม่ระเหยเป็นก๊าซ สิ่งที่ปรากฏให้เห็นนี้มาจากการแสดงบทบาทสำคัญของพันธะไฮโดรเจน

ผลการวิเคราะห์ที่ได้แสดงให้เห็นว่าแรงแวนเดอวาวส์ได้ควบคุมการจัดเรียงตัวในรูปทรงสามมิติของโมเลกุลและทำให้เกิดความยืดหยุ่นของพันธะไฮโดรเจน ดังนั้นพวกเขาจึงศึกษาคุณสมบัติของน้ำได้ ถึงแม้ว่าพวกเขาได้ใช้เพียงแรงที่อ่อนมาก และแรงอ่อนๆ อย่างแรงของไฟฟ้าสถิตย์

วิธีการศึกษาจากการวิจัยทางสมอง

ดร. Jörg Behler ได้พัฒนาวิธีการศึกษาใหม่นี้ขึ้นจากแนวทางที่แต่เดิมใช้ในการวิจัยทางสมอง โดยการทำงานของระบบสมองได้อาศัยแรงระหว่างอะตอมเดี่ยวๆ ในการก่อให้เกิดการจัดเรียงตัวในสามมิติของเครือข่ายระบบการทำงานของสมองที่ประสานกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ “ดังนั้นพวกเราจึงสามารถใช้แบบจำลองทางคอมพิวเตอร์แบบใหม่นี้ในการหาคำตอบได้อย่างแม่นยำ ซึ่งไม่สามารถอาศัยวิธีเชิงกลระดับควอนตัมทั่วไปได้ ทั้งนี้เนื่องจากความสามารถของคอมพิวเตอร์นั้นสูงมากหรือแม้แต่ในซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ก็ตาม” หัวหน้าของกลุ่มวิจัยอิสระ Head of an Independent Junior Research Group ที่ Bochum Chair for Theoretical Chemistry ได้กล่าวไว้

ดร. Tobias Morawietz ได้ใช้วิธีนี้เป็นครั้งแรกในงานวิจัยปริญญาเอกของเขาเพื่อศึกษาคุณสมบัติของน้ำ แบบจำลองนี้ได้ถูกสร้างขึ้นและบันทึกไว้ใน Bochum’s Cluster of Excellence Resolv ซึ่งเป็นโครงการร่วมกันกับ Andreas Singraber ในกลุ่มของ ดร. Christoph Dellago จากมหาวิทยาลัย University of Vienna โดย ดร. Tobias Morawietz ยังได้แสดงแบบจำลองอีกหลายแบบที่ได้ถูกบันทึกไว้ที่เดียวกันอีกด้วย และในขณะนี้ ดร. Tobias Morawietz กำลังศึกษาวิจัยต่อในตำแหน่งนักวิจัยหลังปริญญาเอกในกรุงเวียนนา 

ที่มา http://www.sciencenewsline.com/news/2016070515590031.html

เอกสารอ้างอิง dx.doi.org/10.1073/pnas.1602375113