Вода – тончайший баланс квантовых эффектов делает жизнь возможной

Алексей Калько (creationist.in.ua)

Структура сети, которую образуют молекулы воды, соединяясь с помощью межмолекулярных водородных связей (показаны пунктирными линиями)


Вода... Мы воспринимаем её как что-то обыденное, само собой разумеющееся, но вода имеет много необычных химических и физических характеристик, которые очень важны для живых существ.

Например, вода имеет аномально высокую теплоёмкость, то есть необходимо большое количество тепла (по сравнению со многими другими жидкостями), чтобы нагреть её всего на градус. Это свойство позволяет млекопитающим регулировать температуру их тела. Она имеет меньшую плотность в замёрзшем состоянии, чем в жидком (благодаря чему лёд поднимается вверх и рыбы выживают в частично замёрзших реках и озёрах). Среди других важных особенностей воды – большой диапазон температур жидкого состояния, а также высокое поверхностное натяжение и вязкость.

Эти и многие другие уникальные свойства воды обязаны своим существованием водородным мостикам, связывающим отдельные молекулы воды в кластеры. То есть вода – это не «простая», а «связанная» жидкость – она представляет собой некоторого рода стабильную сеть молекул, соединённых водородными связями (см. рисунок).1

А недавно было открыто, что стабильность этой сети, а значит, и удивительные свойства воды находятся прямо-таки на лезвии ножа. Дело в том, что принцип неопределённости Гейзенберга говорит, что никакая молекула не может иметь определённого положения относительно других, поэтому длины водородных связей должны постоянно меняться. Это дестабилизирует сеть, что, в свою очередь, лишило бы воду многих её особенных свойств.

Поэтому учёных давно удивляло, как молекулы воды (H2O) могут сохранять стабильную сеть водородных связей под воздействием этих дестабилизирующих квантовых эффектов, то есть, почему «хрупкая структура воды не распадается полностью». До недавнего времени это оставалось полной загадкой.2

Однако физик-теоретик Томас Маркланд (Стэнфордский университет, Калифорния) предположил, что в связях внутри молекул воды действует другой квантовый эффект, причём его действие компенсирует действие первого. То есть два квантовых эффекта находятся в тончайшем равновесии, благодаря чему сохраняется структура сети.

Недавнее исследование, сравнивающее квантовые механизмы, действующие в обычной воде и в «тяжёлой воде» (оксид дейтерия,3 D2O) подтвердило эту гипотезу. Как говорит сам Томас Маркланд: «по счастливой случайности в молекулах воды действуют два квантовых эффекта, которые нейтрализуют друг друга».4

А журнал New Scientist сделал такой вывод:

Мы уже привыкли к мысли, что физические константы вселенной тонко настроены для жизни. Похоже, что квантовые силы воды можно добавить к этому списку «тонкой настройки».2

Тончайшее равновесие – по счастливой случайности? Слава Богу, мы-то знаем, что тонкая настройка – это никакая не случайность, а очередной пример и потрясающее свидетельство удивительного замысла.

Статьи по теме

Ссылки и примечания

  1. Водородная связь, https://ru.wikipedia.org/wiki/Водородная_связь
  2. Quantum weirdness makes life possible, New Scientist 212(2835):14, 22 октября 2011 г.
  3. Дейтерий – тяжёлый изотоп водорода, ядро атома которого содержит два нейтрона, в отличие от обычного водорода, имеющего один нейтрон.
  4. Water 'Just right for life', Focus, Creation 34(2), http://creation.com/focus-342

ПРИСОЕДИНЯЙТЕСЬ!

Наверх