اگر آب تا دمای منفی۱۰۰ درجه سانتیگراد برسد، ممکن است به دو نوع مایع با چگالی متفاوت تبدیل شود.
این دو نوع مایع، مانند روغن و آب، با هم مخلوط نمی‌شوند، و ممکن است به توضیح برخی از رفتارهای عجیب دیگر آب کمک کنند، مانند اینکه چگونه وقتی سردتر می‌شود، چگالی آن کمتر می‌شود.
با این حال، مطالعه این موضوع در آزمایشگاه تقریبا غیرممکن است، زیرا آب در این دماهای پایین خیلی سریع به یخ تبدیل می شود. اکنون، محققان موسسه فناوری جورجیا از مدل‌های یادگیری ماشینی برای درک بهتر چگونگی تغییر آب در شرایط مختلف استفاده کرده‌اند. آنها شواهد محکمی پیدا کردند که نشان می‌دهد آب می‌تواند به دو مایع تبدیل شود که با هم مخلوط نمی‌شوند، که می‌تواند در موقعیت‌های دنیای واقعی که از آب استفاده می‌شود مفید باشد.
توماس گارتنر، استادیار دانشکده مهندسی شیمی و بیومولکولی در جورجیا تک، گفت: ما این کار را با محاسبات شیمی کوانتومی بسیار دقیق انجام می دهیم که سعی می کند تا حد امکان به فیزیک واقعی و شیمی فیزیک آب نزدیک شود. این اولین بار است که کسی توانسته است این انتقال را با این سطح از دقت مطالعه کند.
برای درک چگونگی رفتار آب، محققان از ابررایانه‌ها برای شبیه‌سازی نحوه حرکت و تعامل مولکول‌های آب استفاده کردند. آنها به نحوه حرکت مولکول ها نگاه کردند و ساختار مایع را در دماها و فشارهای مختلف مطالعه کردند و سعی کردند جدایی بین دو نوع مایع را دوباره ایجاد کنند. آنها داده‌های زیادی را جمع‌آوری کردند، برخی شبیه‌سازی‌ها را تا یک سال اجرا کردند و الگوریتم‌های خود را برای دستیابی به نتایج دقیق‌تر بهبود دادند.
در گذشته، اجرای چنین شبیه سازی های طولانی و دقیق غیرممکن بود، اما یادگیری ماشینی این امکان را فراهم کرده است. محققان از یک الگوریتم یادگیری ماشینی استفاده کردند که محاسبه می‌کرد مولکول‌های آب چقدر انرژی برای تعامل با یکدیگر مصرف می‌کنند. این مدل بسیار سریعتر از تکنیک های سنتی بود، بنابراین شبیه سازی ها را می توان با سرعت بیشتری انجام داد. شبیه سازی های طولانی نیز پیش بینی ها را دقیق تر کرد. محققان پیش‌بینی‌های خود را با استفاده از تکنیک‌های شبیه‌سازی مختلف آزمایش کردند تا از صحت آنها مطمئن شوند.
برخی از شرایطی که محققان آزمایش کردند احتمالاً روی زمین وجود ندارند، اما ممکن است در محیط های آبی مختلف در فضا، مانند اقیانوس های اروپا یا آب در وسط دنباله دارها، یافت شوند. این یافته ها همچنین می تواند به محققان کمک کند تا ویژگی های فیزیکی عجیب و پیچیده آب را که می تواند در فرآیندهای صنعتی، مدل های آب و هوایی و موارد دیگر مورد استفاده قرار گیرد، درک و پیش بینی کنند.
این دو نوع مایع، مانند روغن و آب، با هم مخلوط نمی‌شوند، و ممکن است به توضیح برخی از رفتارهای عجیب دیگر آب کمک کنند، مانند اینکه چگونه وقتی سردتر می‌شود، چگالی آن کمتر می‌شود.
با این حال، مطالعه این موضوع در آزمایشگاه تقریبا غیرممکن است، زیرا آب در این دماهای پایین خیلی سریع به یخ تبدیل می شود. اکنون، محققان موسسه فناوری جورجیا از مدل‌های یادگیری ماشینی برای درک بهتر چگونگی تغییر آب در شرایط مختلف استفاده کرده‌اند. آنها شواهد محکمی پیدا کردند که نشان می‌دهد آب می‌تواند به دو مایع تبدیل شود که با هم مخلوط نمی‌شوند، که می‌تواند در موقعیت‌های دنیای واقعی که از آب استفاده می‌شود مفید باشد.
توماس گارتنر، استادیار دانشکده مهندسی شیمی و بیومولکولی در جورجیا تک، گفت: ما این کار را با محاسبات شیمی کوانتومی بسیار دقیق انجام می دهیم که سعی می کند تا حد امکان به فیزیک واقعی و شیمی فیزیک آب نزدیک شود. این اولین بار است که کسی توانسته است این انتقال را با این سطح از دقت مطالعه کند.
برای درک چگونگی رفتار آب، محققان از ابررایانه‌ها برای شبیه‌سازی نحوه حرکت و تعامل مولکول‌های آب استفاده کردند. آنها به نحوه حرکت مولکول ها نگاه کردند و ساختار مایع را در دماها و فشارهای مختلف مطالعه کردند و سعی کردند جدایی بین دو نوع مایع را دوباره ایجاد کنند. آنها داده‌های زیادی را جمع‌آوری کردند، برخی شبیه‌سازی‌ها را تا یک سال اجرا کردند و الگوریتم‌های خود را برای دستیابی به نتایج دقیق‌تر بهبود دادند.
در گذشته، اجرای چنین شبیه سازی های طولانی و دقیق غیرممکن بود، اما یادگیری ماشینی این امکان را فراهم کرده است. محققان از یک الگوریتم یادگیری ماشینی استفاده کردند که محاسبه می‌کرد مولکول‌های آب چقدر انرژی برای تعامل با یکدیگر مصرف می‌کنند. این مدل بسیار سریعتر از تکنیک های سنتی بود، بنابراین شبیه سازی ها را می توان با سرعت بیشتری انجام داد. شبیه سازی های طولانی نیز پیش بینی ها را دقیق تر کرد. محققان پیش‌بینی‌های خود را با استفاده از تکنیک‌های شبیه‌سازی مختلف آزمایش کردند تا از صحت آنها مطمئن شوند.
برخی از شرایطی که محققان آزمایش کردند احتمالاً روی زمین وجود ندارند، اما ممکن است در محیط های آبی مختلف در فضا، مانند اقیانوس های اروپا یا آب در وسط دنباله دارها، یافت شوند. این یافته ها همچنین می تواند به محققان کمک کند تا ویژگی های فیزیکی عجیب و پیچیده آب را که می تواند در فرآیندهای صنعتی، مدل های آب و هوایی و موارد دیگر مورد استفاده قرار گیرد، درک و پیش بینی کنند.
کد خبر ۲۱۵۰۱۰۹۲۸.۵۹۴
