Космос под ногами: спецпроект Naked Science о космонавтике и «трудной» нефти
Читать
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
20.12.2022
Александра Медведева
818

Машинное обучение позволило исследовать недоступные для экспериментов фазовые переходы воды

4.7

Используя методы моделирования и машинного обучения, ученые смогли исследовать фазовый переход воды, который до сих было невозможно воссоздать в экспериментальных условиях. Исследователи подтвердили существование перехода жидкость — жидкость, происходящего при температуре менее минус 100 градусов Цельсия, в котором вода разделяется на две несмешивающиеся фазы с разной плотностью.

© Georgia Tech

В течение последних 30 лет ученые полагали, что при охлаждении до очень низких температур (менее минус 100 градусов Цельсия) вода может разделиться на две жидкие фазы с разной плотностью. Эти фазы не смешиваются, а их наличие может объяснять некоторые другие странные свойства воды — например, почему она становится менее плотной по мере охлаждения.

Однако это явление практически невозможно изучить в лаборатории, так как вода очень быстро превращается в лед при настолько низких температурах. Новое исследование ученых из Технологического института Джорджии (США) позволило преодолеть это ограничение. Авторы работы использовали модели машинного обучения, чтобы лучше понять фазовые изменения воды. Им удалось обнаружить убедительные вычислительные доказательства в поддержку перехода воды из жидкости в жидкость, которые можно применить к реальным системам. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

В своих расчетах ученые использовали квантово-химические вычисления, максимально приближенные к реальной физике. Они проводили молекулярное моделирование на суперкомпьютерах, которое сравнивали с виртуальным микроскопом, позволяющим увеличить масштаб до отдельных молекул и наблюдать за их движением и взаимодействием в режиме реального времени. Так исследователи смогли охарактеризовать структуру жидкости при различных температурах и давлениях.

Ученые также задействовали алгоритм машинного обучения, который рассчитывал энергию взаимодействия молекул воды друг с другом. Эта модель выполняла вычисления значительно быстрее, чем традиционные методы, что позволяло проводить виртуальный эксперимент гораздо быстрее. Свои прогнозы ученые тщательно проверяли с помощью серии различных алгоритмов.

Одна из главных проблем подобных исследований заключается в том, что полученные данные практически невозможно сравнить с реально наблюдаемыми процессами. Некоторые из условий из виртуального эксперимента вообще невозможны на Земле, хотя потенциально могут присутствовать в различных водных средах Солнечной системы, от океанов спутника Юпитера Европы до воды в центрах комет.

Однако полученные результаты могут помочь исследователям лучше объяснять и предсказать странные и сложные свойства воды, эффективнее использовать ее в промышленных процессах и разрабатывать более совершенные климатические модели.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 11:09
Сергей Васильев

Венерины мухоловки регистрируют до пяти стимуляций чувствительных волосков, чтобы захлопнуть свою ловушку и начать переваривание. Но уникальный мутант Dyscalculia не может «считать» даже до двух. Ученые показали, что это связано с нарушением восприятия ионов кальция.

Вчера, 16:24
Анна Новиковская

Сегодня популяции многих видов пчел в упадке, и британские исследователи предложили еще один способ спасти этих насекомых: превратить часть кирпичей в стенах домов в «мини-ульи».

Позавчера, 17:19
Александр Березин

Игру 2013 года и выходящий с января 2023 года сериал по ней часто принимают за научную фантастику. То есть произведение, основанное на предположениях, не противоречащих науке. Однако вряд ли дело обстоит таким образом. Проблема в том, что создатели мира The Last of Us слишком некритично подошли как к научному фундаменту, на котором основан их мир постапокалипсиса, так и к тому, что думает наука о самой реальности «постапов». Naked Science пробует разобраться в деталях.

25 января
Сергей Васильев

Компьютерное моделирование двойных систем продемонстрировало, что их планеты способны сохранять стабильные орбиты на протяжении миллиарда лет и даже более. Это повышает шансы на развитие жизни в мирах, напоминающих фантастический Татуин.

Вчера, 11:09
Сергей Васильев

Венерины мухоловки регистрируют до пяти стимуляций чувствительных волосков, чтобы захлопнуть свою ловушку и начать переваривание. Но уникальный мутант Dyscalculia не может «считать» даже до двух. Ученые показали, что это связано с нарушением восприятия ионов кальция.

Вчера, 16:24
Анна Новиковская

Сегодня популяции многих видов пчел в упадке, и британские исследователи предложили еще один способ спасти этих насекомых: превратить часть кирпичей в стенах домов в «мини-ульи».

10 января
Алиса Гаджиева

Исследователи, изучающие систему обороны Великой стены, обнаружили следы более 130 секретных сквозных проходов и полагают, что это только начало.

25 января
Василий Парфенов

Пока фанаты SpaceX увлеченно следят за достижениями компании, астрономы грустно наблюдают, как их работа становится сложнее с каждым запуском спутников Starlink. Прогресс не проходит без жертв. Поэтому различные научные ассоциации ищут способы снизить негативное влияние множества новых рукотворных объектов в околоземном пространстве на качество данных, получаемых телескопами. Некоторые решения со стороны выглядят экстремальными — например, теперь лазеры для корректировки адаптивной оптики можно не выключать, если в поле зрения есть спутник Starlink. А это десятки ватт излучения!

5 января
Александра Медведева

Биологи показали, что нейронные сети гиппокампа, ответственные за пространственное восприятие, изменяются не линейным образом, а в соответствии с гиперболической геометрией. То есть мозг представляет пространство в форме расширяющихся песочных часов. Результаты исследования могут иметь значение для лучшего понимания различных нейродегенеративных расстройств.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: