นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาและอิตาลีได้ระบุจุดวิกฤติที่สองในแบบจำลองทางทฤษฎีที่เหมือนจริงของน้ำสองแบบ การค้นพบนี้ซึ่งใช้วิธีการคำนวณที่ทันสมัยและสนับสนุนสมมติฐานที่เสนอครั้งแรกเมื่อกว่า 25 ปีที่แล้ว ชี้ให้เห็นว่าน้ำมีอยู่สองสถานะของของเหลวที่แตกต่างกัน ซึ่งเฟสหนึ่งมีความหนาแน่นน้อยกว่าและมีโครงสร้างมากกว่าอีกเฟสหนึ่ง .บทบาทสำคัญของน้ำในชีวิตอย่างที่เราทราบทำให้ง่าย
ต่อการลืม
ว่ามันผิดปกติเพียงใด ไม่เหมือนกับของเหลวอื่นๆ ส่วนใหญ่ น้ำมีความหนาแน่นที่ความดันบรรยากาศมากกว่าน้ำแข็งที่ก่อตัวขึ้นเมื่อแข็งตัว นอกจากนี้ยังแสดงการขยายตัวทางความร้อนเชิงลบ (หมายความว่าขยายตัวเมื่อทำความเย็น แทนที่จะหดตัว) จะมีความหนืดน้อยลงเมื่อถูกบีบอัด
และมีเฟสผลึกไม่น้อยกว่า 17 เฟสแต่รายการสิ่งแปลกประหลาดไม่ได้จบลงเพียงแค่นั้น ในปี พ.ศ. 2519 ออสเตน แองเจลล์และโรบิน สปีดีค้นพบว่าพฤติกรรมของน้ำจะผิดปรกติมากยิ่งขึ้นเมื่อเย็นลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็งในขณะที่ยังคงอยู่ในรูปของเหลว ซึ่งเป็นสถานะ “เย็นยิ่งยวด” ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ
ในเมฆระดับสูง จากนั้นในปี 1992 การศึกษาทางคอมพิวเตอร์โดย Peter Poole และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยบอสตันในสหรัฐอเมริกาได้เสนอแนะถึงความเป็นไปได้ที่ยั่วเย้ามากยิ่งขึ้น จากการจำลองของพวกเขา น้ำที่เย็นยิ่งยวดจะผ่านการเปลี่ยนเฟสเพิ่มเติมระหว่างของเหลวสองเฟส
โดยมีจุดวิกฤตของเหลว-ของเหลว (LLCP) เกิดขึ้นที่ความดันสูงกว่าความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเล 2,000 เท่า ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีและชีวภาพแห่งมหาวิทยาลัย กล่าวว่า “การมีอยู่ของจุดวิกฤตเป็นคำอธิบายที่ง่ายมากสำหรับความแปลกประหลาดของน้ำ” ด้วยเหตุผลนี้ เขากล่าวเสริมว่า
“การค้นหาจุดวิกฤตินั้นเทียบเท่ากับการค้นหาคำอธิบายที่ดีและเรียบง่ายสำหรับหลาย ๆ สิ่งที่ทำให้น้ำแปลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิต่ำ”แสวงหาข้อพิสูจน์ที่แน่ชัด ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2535 นักวิทยาศาสตร์ได้รวบรวมหลักฐานมากมายเพื่อสนับสนุนการมีอยู่ของ LLCP และการเปลี่ยนเฟสของของเหลว
และของเหลว
ที่เกี่ยวข้อง (LLPT ) อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีใครพิสูจน์ผลการทดลองที่แน่ชัดได้ และการวิจัยทางคอมพิวเตอร์ก็ถูกขัดขวางโดยความยากลำบากอย่างมากในการคำนวณพฤติกรรมของน้ำที่อุณหภูมิเย็นจัดมาก แท้จริงแล้ว การศึกษาเชิงคำนวณก่อนหน้านี้พบเพียงหลักฐานสำหรับ LLPT
ในแบบจำลองที่เรียกว่า “ST2” ของน้ำ ซึ่งไม่สามารถจับภาพโครงสร้างทางเรขาคณิตที่เป็นลักษณะเฉพาะของวัสดุได้อย่างสมบูรณ์ (ซึ่งเป็นรูปทรงสี่หน้า โดยมีโมเลกุลของน้ำสี่โมเลกุลรวมกันอยู่ประมาณหนึ่งในห้าตรงกลาง ). ขณะนี้ได้สังเกตพฤติกรรมของ LLCP ในน้ำสองรุ่น ซึ่งมีความสมจริง
มากกว่ามาก ในการทำเช่นนี้ พวกเขาทำการจำลองไดนามิกส์ของโมเลกุลซึ่งกินเวลาหลายสิบไมโครวินาที ซึ่งใช้เวลานาน เนื่องจากมีการจำลองโมเลกุลจำนวนมาก (300 ครั้งในการทดลองหนึ่งครั้ง) และใช้ผลลัพธ์ที่ได้เพื่อรวบรวมสถิติเกี่ยวกับความหนาแน่นของน้ำในสถานะของเหลวและพลังงาน
ทางอุณหพลศาสตร์ ความผันผวน จากนั้นพวกเขาใช้กลศาสตร์ทางสถิติเพื่อทำนายพฤติกรรมของความหนาแน่นและความผันผวนของพลังงานในช่วงอุณหภูมิและความดันต่างๆ สุดท้าย พวกมันปรับให้เข้ากับสถิติของความผันผวนกับการคาดการณ์ทางทฤษฎีโดยใช้แบบจำลอง 3 มิติของแม่เหล็ก Ising
จากความพอดีนี้ นักวิจัยได้ค่าอุณหภูมิและความดันวิกฤตของน้ำ พวกเขายังคำนวณปริมาณที่เรียกว่าปัจจัยโครงสร้างแบบคงที่ ซึ่งเกี่ยวข้องกับความหนาแน่นของของเหลวที่แปรผันตามฟังก์ชันของระยะทางจากโมเลกุลศูนย์กลาง ซึ่งเป็นสิ่งที่ จดบันทึกว่าสามารถวัดได้ด้วยการทดลอง
เช่น การกระเจิงของรังสีเอกซ์ ทีมงาน ดึงข้อมูลสองปริมาณจากข้อมูลนี้ ได้แก่ ความสามารถในการบีบอัดด้วยอุณหภูมิความร้อนของน้ำ ซึ่งเป็นปริมาณความหนาแน่นที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของความดัน และความยาวสหสัมพันธ์ของมัน ซึ่งเป็นการวัดระยะทางที่ความผันผวนของความหนาแน่นสัมพันธ์กัน
ริมาณทั้งสองกลายเป็นอนันต์ที่จุดวิกฤต และการเติบโตอย่างมากของค่าตัวเลขที่นำไปสู่จุดนั้นคาดว่าจะเป็นไปตามนิพจน์ทางคณิตศาสตร์ที่แม่นยำ “เราสังเกตเห็นการเติบโตที่เด่นชัดมากในด้านความสามารถในการบีบอัดและความยาวความสัมพันธ์ของแบบจำลองน้ำทั้งสองแบบที่เราศึกษา” เขากล่าว
จากรูปแบบ
ของการเติบโตนี้ เขากล่าวเสริม เขาและเพื่อนร่วมงานสามารถระบุตำแหน่งจุดวิกฤตที่สองที่ตั้งสมมติฐานไว้ที่ประมาณ 170 K ในโมเดลหนึ่งและ 190 K ในอีกโมเดลหนึ่ง ค่าที่สอดคล้องกันกล่าวว่าผลลัพธ์ของการจำลองนั้นสอดคล้องกับความผันผวนของความหนาแน่นที่เด่นชัดซึ่งเกิดขึ้น
บนมาตราส่วนความยาวทั้งหมดใกล้กับจุดวิกฤต พฤติกรรมดังกล่าวเป็นลักษณะเฉพาะของ 3D คือชุดของแบบจำลอง (หรือระบบการทดลองจริง) ที่แสดงพฤติกรรมที่ไม่แปรผันตามสเกลเดียวกันใกล้กับจุดวิกฤต เนื่องจากพฤติกรรมของของไหลที่อยู่ใกล้กับจุดวิกฤติของไอ-ของเหลวทั่วไปนั้น
แสดงความคล้ายคลึงกันกับแบบจำลองแม่เหล็กของไอซิง 3 มิติ การเติบโตของความยาวความสัมพันธ์ที่ใกล้กับจุดวิกฤตของของเหลวและของเหลวใหม่นี้จึงควรเป็นไปตามสมการทางคณิตศาสตร์เดียวกัน: กฎกำลังที่มี เลขยกกำลังสากลเหมือนกัน “ตอนนี้เราได้สังเกตพฤติกรรมนี้ใกล้กับจุดวิกฤต
ของของเหลว-ของเหลวในแบบจำลองน้ำ ” เขากล่าวโลกฟิสิกส์ . ซึ่งสามารถใช้อธิบายพฤติกรรมของของไหลที่ใกล้กับจุดวิกฤตของไอระเหยและของเหลวธรรมดาได้ กล่าวว่าความแตกต่างระหว่างเฟสของเหลวสองเฟสที่สังเกตได้ในแบบจำลองนั้นเล็กน้อยแต่มีความสำคัญ
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
