Чем проще и привычнее объект, тем более удивительным он оказывается при дальнейшем изучении. Один из таких примеров — вода. На многие вопросы, связанные с ней, нет ответа до сих пор. Возможно, поэтому вокруг воды существует множество мифов, предположений и псевдонаучных фактов. Опровергнуть некоторые из них поможет студентка пятого курса кафедры химической физики, сотрудница лаборатории ионной и молекулярной физики МФТИ Екатерина Жданова.

Особенности строения

Екатерина Жданова
Екатерина Жданова

Обратимся к химическим свойствам и физике строения воды. Любопытно, что, в отличие от аналогичных водородных соединений (например, метана), которые при нормальных условиях являются газами, вода при тех же нормальных условиях остается в жидком состоянии. Каждая ее молекула образует до четырех водородных связей. Звучит как занудный факт из школьного учебника, но количество этих самых связей и их структура напрямую связаны с нашей жизнью. Не будь их, вода кипела бы при −80 °С, а замерзала при −100 °С. Довольно непривычный расклад.

Еще одна особенность воды — в том, что это единственное вещество на планете, у которого тройная точка (температура, вблизи которой тело может быть в твердом, жидком и газообразном состоянии одновременно) находится в достижимых, обычных условиях. На данный момент, например, известно 16 модификаций льда, по порядку от 1-го до 16-го. Ценители творчества Курта Воннегута могут вспомнить о веществе лед-9, упомянутом в книге «Колыбель для кошки». При контакте с более холодной жидкой водой этот лед-9 вел себя как центр кристаллизации для соприкасающейся с ним воды: она быстро затвердевала и тоже превращалась в лед-9. Таким образом, попав в любой водоем, так или иначе сообщающийся с Мировым океаном, лед-9 мог вызывать кристаллизацию большей части воды на Земле и впоследствии — гибель жизни на планете. В книге все так и вышло, а связи между вымышленным льдом-9 и настоящим, к сожалению, нет никакой. Просто на момент ее написания было известно лишь восемь модификаций, и, работая в General Electric, Воннегут выдумал свою, девятую.

Беспощадная наука физика опровергает мифы — стоит всего лишь знать основы и методы проведения эксперимента. Но неужели наука бессильна перед простой водой? Пока да. Из-за большого количества водородных связей с различными энергиями вода выдает практически не поддающийся расшифровке оптический спектр. Из-за непрерывного молекулярного движения мы не можем исследовать воду с помощью рентгеноструктурного анализа. На сегодняшний день достаточно достоверные результаты дают те опыты, в которых воду подвергают различным воздействиям, а затем замораживают и исследуют кристаллическую структуру.

«Эффект памяти» и одинаковые снежинки

Откуда же пошли разговоры об «эффекте памяти», о целительных свойствах талой и «освященной» воды и прочих магических вещах? Люди науки понимают, что ничего подобного в природе не наблюдается, подобные чудеса наукой не обоснованы и исследованиями, увы, не подтверждены. Поводом к таким инсинуациям и спекулятивным догадкам могли послужить те самые крайне нестабильные водородные связи. У воды в жидком состоянии эти связи постоянно перестраиваются под влиянием даже слабого изменения температуры, но при этом они достаточно сильны, чтобы формировать небольшие структуры внутри жидкости. Эти структуры почти не поддаются исследованию физическими методами, поскольку перестраиваются от любых электромагнитных или механических воздействий. Мы можем исследовать только замороженную воду. Согласно теоретическим расчетам, в талой воде эти кластеры должны сохраняться в течение примерно двух часов после разморозки, но проверить это пока нет никакой возможности. Так что там, где науке пока не нашлось места, непременно вырастут домыслы, поверья и подозрения на магию.

Тут важно обратиться к теории любого научного эксперимента. Для того чтобы данные нескольких экспериментов были достоверными, нам необходимо проводить измерения в полностью идентичных условиях. Малейшее изменение температуры в помещении, влажности, присутствие колебаний вокруг и т. д. обесценивают научный метод. Достоверно известно, что в мире нет ни одной одинаковой снежинки. Можно ли повлиять на их форму? Без непосредственного воздействия, а с помощью внешних независимых факторов, например музыки или слов? В ходе некоего эксперимента над разными емкостями с водой звучали разные треки, затем эти емкости замораживали, а после рассматривали под микроскопом кусочки получившегося льда. Было выяснено, что самые геометрически правильные формы принимали снежинки из тех емкостей, над которыми играла классика или звучали записи молитв, а те снежинки, что «росли» под звуки рока или ругани, получались заметно менее симметричными. После этого горе-экспериментаторы сделали вывод о том, что вода реагирует на наше к ней отношение. Звучит очень мило, но мы с вами уже разобрались, насколько важно проводить измерения в одинаковых условиях, о чем в этом случае, видимо, совершенно не беспокоились. Увы, на самом деле вода никак не реагирует на слова и эмоции, обращенные к ней, а результаты этих измерений — это не более чем последствия небрежного проведения эксперимента.

Продолжая разговор о сомнительных с научной точки зрения экспериментах, можно упомянуть следующий психологический тест: людям в экспериментальных группах показывали фотографии различных пейзажей и просили их оценить по десятибалльной шкале свои эмоции от тех или иных картинок, а также вероятность того, что они жили бы в доме с таким видом или что поехали бы туда в отпуск. Самые высокие баллы были у пейзажей с водой. Группа нейробиологов проводила МРТ-исследования людей, которым показывали различные картинки, в том числе и водные пейзажи. Самые сложные и интересные с точки зрения нейробиологии реакции наблюдались именно на последние. Но и тут осмысленная и беспощадная теория эксперимента все портит. МРТ-исследования не повторяемы, даже если исследовать мозг одного и того же человека, поскольку человек — это огромная живая и постоянно меняющаяся система. Так что ученым еще предстоит придумать корректный метод работы с водой и водородными связями, которые делают ее такой особенной.

Не пропустите следующую лекцию: