یخ

محققان با کمک شبیه سازی های کامپیوتری به روش تشکیل یخ و تغییر رفتار مایع پی بردند.

به گزارش گروه ترجمه ایمنا و به نقل از "اینساید ساینس"، محققان با کمک یک مدل کامپیوتری موفق به شبیه سازی یخ شدند. این رویکرد جدید، رفتار پیچیده مایعات را روشن می‌کند. روش این تیم تحقیقاتی همچنین به دانشمندان کمک می‌کند که روش سنتز دیگر مواد جامد شناخته شده یا حتی ناشناخته را دریابند. یافته‌های این مقاله در مجله "Physical Review Letters" منتشر شد.

اکثر ما با سه حالت اصلی آب - جامد، مایع و گاز-  آشنا هستیم. در حالی که آب مایع خواص متفاوت‌تری در زمینه درجه حرارت و فشار با دیگر حالات آن دارد، خواص اصلی همواره تا حد زیادی به همان شکل ساختاری تا زمانی که به یک مرحله دیگر تبدیل شود، باقی می‌ماند. همین امر در مورد بخار آب نیز وجود دارد. با این حال، برای یخ، داستان کاملا متفاوت است. اتم‌ها یا مولکول‌های آب در حالت یخ بر خلاف مایع یا گاز، با یک الگوی ثابت ترکیب می‌شود که این ترتیب الگوی ثابت می‌توانند اشکال مختلفی داشته باشد. به عنوان مثال، اتم‌های کربن را در نظر بگیرید در یک حالت کربن سرب مداد تولید می‌کنند و در روشی دیگر از آن الماس تهیه می‌شود. چگونه کربن مداد به الماس تبدیل  می‌شود؟ سوالی که پاسخ آن کلید حل معمای رفتار مواد است.

"فابیو Pietrucci"، فیزیکدان از دانشگاه "پیر و ماری کوری" پاریس و نویسنده این مقاله معتقد است که اگر می خواهید یک ماده را سنتز کنید، باید از مدت زمان اعمل فشار و دما بر روی آن ماده مطلع باشید. دستور العمل اینکار مانند آشپزی است که در آن موادی با هم ترکیب میشود، اما جدای از دانستن مواد اولیه تشکیل دنده برای آشپزی، باید مراحل خاصی نیز انجام شود.

دانشمندان با روش آزمون و خطا سعی دارند بهترین روش ساخت مواد خاص را بیابند و برای اینکار، شبیه سازی کامپیوتری دقیق می‌تواند کمک کننده باشد. در حالیکه رایانه‌ها امروزه به راحتی می‌توانند حرکت یک اتم یا مولکول را شبیه سازی کنند، پیچیدگی این محاسبات در هر اتم یا مولکول اضافی متفاوت است. به دلیل اینکه بیش از یک میلیارد تریلیون مولکول در یک قطره آب وجود دارد، محاسبه صحیح، حتی با قدرتمندترین سوپر کامپیوترهای امروزی غیرممکن است. حتی با کمک یک ابررایانه، شبیه سازی انجماد تنها ۸۰۰ مولکول، هفته‌ها طول می‌کشد. در زندگی واقعی، فرآیند انجماد زمان زیادی نیاز ندارد.

"جرمی پالمر"، مهندس شیمی و بیوموکلئیک از دانشگاه هیوستون تگزارس می گوید: حتی برای شبیه سازی انجماد کمتر از یک قطره آب، مدت زمان طولانی‌تری نیاز است. - صحبت از یک دوره زمانی نجومی است، مانند میلیاردها سال- با این حال، دانشمندان به منظور درک بهتر و پیش بینی روش‌های شکل گیری و رفتار مواد، باید داده‌های تجربی را با پیش بینی‌های نظری مقایسه کنند. این تیم تحقیقاتی برای سرعت بخشیدن به روند شبیه سازی با استفاده از یک روش شناخته شده به عنوان نمونه گیری پیشرفته عمل کردند. برای استفاده از این روش، مجبور بودند ابتدا نکات مهم و غیر ضروری آزمایش را مشخص کنند. با وجودی که هنوز هم از تکرار واقعیت فاصله وجود دارد، الگوریتم جدید موفقیت در پیش بینی خواص فیزیکی خاصی برای انواع مختلف یخ بستگی به ساختار آن دارد. 

پژوهشگران این تحقیق می گویند: با درک تغییر رفتار  آب، می‌توان رفتار پروتئین‌ها را تغییر داد و یا حتی نتیجه این پژوهش به متخصصان فیزیک، که می‌خواهند بدانند چگونه آب در سیارات دیگر رفتار می‌کند، کمک بزرگی است. 

ارسال نظر

شما در حال پاسخ به نظر «» هستید.
2 + 4 =