Γιατί το νερό είναι παράξενο

Μια μέρα, απογοητευμένος μετά από πολλές ώρες διαλογισμού και εξάσκησης, ο Bruce Lee, ακόμα έφηβος, πήγε για να πλεύσει. Ο δάσκαλός του στις πολεμικές τέχνες, Yip Man, είχε διδάξει στον Lee την τέχνη του detachment, μια βασική πτυχή του gung fu. Ο Λι δεν μπορούσε να το αφήσει. «Στη θάλασσα σκέφτηκα όλες τις προπονήσεις μου στο παρελθόν και νευρίασα με τον εαυτό μου και τρύπησα το νερό!» έγραψε αργότερα. «Ακριβώς τότε—εκείνη τη στιγμή—μια σκέψη με χτύπησε ξαφνικά. δεν ήταν αυτό το νερό η ίδια η ουσία του gung fu; Το χτύπησα αλλά δεν έπαθε τίποτα. Στη συνέχεια προσπάθησα να το πιάσω μια χούφτα, αλλά αυτό αποδείχτηκε αδύνατο. Αυτό το νερό, η πιο μαλακή ουσία στον κόσμο, που μπορούσε να περιέχεται στο μικρότερο βάζο, φαινόταν μόνο αδύναμο. Στην πραγματικότητα, θα μπορούσε να διεισδύσει στην πιο σκληρή ουσία στον κόσμο. Αυτό ήταν! Ήθελα να είμαι σαν τη φύση του νερού.»

Για τον Lee, τον εκκολαπτόμενο πολεμικό καλλιτέχνη, το νερό ενσάρκωνε ένα ιδανικό ευέλικτης και αβίαστης δύναμης. Αυτό το έμαθε από το Tao Te Ching του αρχαίου Κινέζου φιλόσοφου Λάο Τσου και το ενημέρωσε, προσθέτοντας:«Όταν θερμαίνεται σε κατάσταση ατμού είναι αόρατο, αλλά έχει αρκετή δύναμη για να χωρίσει την ίδια τη γη». Είναι εντυπωσιακό ότι το νερό μπορεί να απεικονίσει και να διασαφηνίσει μια φιλοσοφία πολεμικών τεχνών, ενώ είναι επίσης, μέχρι σήμερα, το «λιγότερο κατανοητό υλικό στη Γη», όπως ανέφεραν πρόσφατα οι ερευνητές.

Στη μελέτη τους που δημοσιεύθηκε τον περασμένο μήνα, οι Hajime Tanaka, John Russo και Kenji Akahane -όλοι ερευνητές στο Τμήμα Θεμελιωδών Μηχανικών στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο, στην Ιαπωνία- προσπάθησαν να ξεχωρίσουν τι κάνει το νερό μοναδικό μεταξύ των υγρών. Έχει ανώμαλες ιδιότητες, όπως να διαστέλλεται όταν ψύχεται κάτω από τους 40 βαθμούς Φαρενάιτ, γεγονός που εξηγεί γιατί οι λίμνες παγώνουν προς τα κάτω, από πάνω προς τα κάτω, αντί προς τα πάνω. Τα κανονικά κατεψυγμένα στερεά είναι πιο πυκνά από τα υγρά τους ισοδύναμα, πράγμα που θα σήμαινε ότι τα κατεψυγμένα κομμάτια θα έπεφταν στον πυθμένα μιας λίμνης αντί να παραμείνουν στην κορυφή. Το νερό γίνεται επίσης λιγότερο παχύρρευστο σε σύγκριση με άλλα υγρά όταν συμπιέζεται και έχει ένα ασυνήθιστο επίπεδο επιφανειακής τάσης, επιτρέποντας στα όντα αρκετά ελαφριά, όπως τα έντομα, να περπατούν ή να σταθούν από πάνω του. Δεδομένου ότι αυτά τα διακριτικά χαρακτηριστικά μεταξύ άλλων είναι που τροφοδοτούν το κλίμα και τα οικοσυστήματά μας, το νερό μπορεί να φαίνεται ότι είναι "λεπτοσυντονισμένο" για τη ζωή.

Οι ερευνητές, με το πλεονέκτημα των υπερυπολογιστών, κατάφεραν να τροποποιήσουν και να αποσυντονίσουν ένα υπολογιστικό μοντέλο νερού, κάνοντάς το να συμπεριφέρεται όπως άλλα υγρά. «Με αυτή τη διαδικασία», είπε ο Russo, «βρήκαμε ότι αυτό που κάνει το νερό να συμπεριφέρεται ανώμαλη είναι η παρουσία μιας συγκεκριμένης διάταξης των μορίων του νερού, όπως η τετραεδρική διάταξη, όπου ένα μόριο νερού συνδέεται με δεσμούς υδρογόνου με τέσσερα μόρια που βρίσκονται σε οι κορυφές ενός τετραέδρου», ένα σχήμα τεσσάρων τριγωνικών επιπέδων. «Τέσσερις από αυτές τις τετραεδρικές διατάξεις μπορούν να οργανωθούν με τέτοιο τρόπο ώστε να μοιράζονται ένα κοινό μόριο νερού στο κέντρο χωρίς να επικαλύπτονται», είπε ο Russo. Ως αποτέλεσμα, όταν το νερό παγώνει, δημιουργεί μια ανοιχτή δομή, ως επί το πλείστον κενό χώρο και λιγότερο πυκνή από την άτακτη δομή του υγρού νερού, γι' αυτό και το νερό στηρίζει τον πάγο. Τόσο οι πολύ διατεταγμένες όσο και οι άτακτες τετραεδρικές διατάξεις δίνουν στο νερό τις «ιδιαίτερες ιδιότητές του». Ο τίτλος της εφημερίδας ορίζει το εξής:«Ανωμαλίες που μοιάζουν με το νερό ως συνάρτηση της τετραεδρικότητας».

Ναυτίλος ρώτησε ο Richard Saykally, χημικός στο U.C. Berkeley, γιατί αυτές οι ιδιαιτερότητες κάνουν το υγρό τόσο ώριμο για απάτες και φανταστικές εικασίες. Οι αρχαίοι Έλληνες πίστευαν ότι το νερό ήταν ένα από τα τέσσερα «ουσιώδη» στοιχεία, τα άλλα ήταν η γη, ο αέρας και η φωτιά. Η ομοιοπαθητική, η οποία υποτίθεται ότι θεραπεύει ασθένειες χρησιμοποιώντας μικρές δόσεις ουσιών που προκαλούν ασθένειες διαλυμένες στο νερό, εξελίχθηκε από αυτό, είπε ο Saykally. Αλλά υπάρχουν πιο σύγχρονοι μαγικοί ισχυρισμοί για το λεγόμενο «δομημένο» ή «εξαγωνικό» νερό. Ορισμένοι επαγγελματίες ευεξίας ισχυρίζονται ότι οι άνθρωποι γερνούν εν μέρει επειδή δεν αναπληρώνουμε το απόθεμα δομημένου νερού που διαθέτουμε. Ανάλογα με τη δομή του νερού, λένε, μπορεί να διεισδύσει στα κυτταρικά σας τοιχώματα πιο αποτελεσματικά και έχει κάθε είδους οφέλη για την υγεία.

«Δεν υπάρχει καμία επιστημονική βάση για αυτό», είπε ο Saykally. «Δεν μπορείς να φτιάξεις δομημένο νερό. Δεν έχει νόημα γιατί ο δεσμός υδρογόνου στο νερό ζει για λίγα πικοδευτερόλεπτα—10 δευτερόλεπτα—και αυτές οι δομές δεσμών υδρογόνου του νερού αναδιατάσσονται πολύ γρήγορα, έτσι ώστε να μην υπάρχουν συστάδες νερού ως απομονωμένες οντότητες στο νερό παρά τα πολλά αυτούς τους ισχυρισμούς."

Οι αρχαίοι Έλληνες μπορεί να έκαναν λάθος σχετικά με το ότι το νερό είναι απαραίτητο στοιχείο, αλλά ο Saykally λέει ότι δεν είναι τυχαίο ότι το νερό είναι απαραίτητο για τη ζωή στη Γη. "Είναι κάτι εγγενές για το νερό, καθώς το ισχυρό τετραεδρικό δίκτυο δεσμών υδρογόνου που δημιουργεί το νερό είναι ένα πολύ ευέλικτο περιβάλλον για να συμβούν χημικές διεργασίες", είπε. «Έχει τις σωστές ιδιότητες να διαλύει πολλά ιόντα. έχει τις σωστές ιδιότητες για να αναγκάσει αυτό που ονομάζουμε υδρόφοβα υλικά»—όπως οι πρωτεΐνες—«να αναδιπλωθούν με ειδικούς τρόπους».

Ο Saykally έχει εφεύρει ένα νέο λέιζερ για τη μελέτη των συστάδων νερού, με απώτερο στόχο να παράγει «το τέλειο μοντέλο για το νερό», είπε. «Θέλουμε να συνδυάσουμε όλες τις διαθέσιμες πληροφορίες από μελέτες συστάδων νερού με τη φασματοσκοπία λέιζερ terahertz - από κβαντικούς χημικούς υπολογισμούς και από μετρήσεις συμπυκνωμένης φάσης - και να φτιάξουμε ένα μοντέλο νερού στον υπολογιστή που θα απαντήσει σε οποιαδήποτε ερώτηση ρωτήσετε. Αυτό το τέλειο μοντέλο νερού είναι αυτό που ονομάζαμε το παγκόσμιο μοντέλο των πρώτων αρχών του νερού.”

Παρακολουθήστε τον Saykally, παρακάτω, να περιγράφει τι θα έκανε με έναν υπερυπολογιστή που τρέχει ένα παγκόσμιο μοντέλο νερού.

Μπορείτε να απολαύσετε την υπόλοιπη συνομιλία μας με τον Saykally ξεκινώντας εδώ, στην οποία λέει, μεταξύ άλλων, εάν είναι δυνατή μια άλλη μορφή υγρού νερού.

Ο Brian Gallagher είναι συνεργάτης συντάκτης στο  Ναυτίλος. Ακολουθήστε τον στο Twitter @bsgallagher .