Четвертая фаза воды: Доктор Джеральд Поллак на TEDxGuelphU в 2013 году.

 

Лекция Джеральда Поллака «Вода, Энергия и Жизнь: Свежий Взгляд с Границы Воды в Университете Вашингтона в 2008 году.

Перевела на русский язык Алена Семкина. Разместил в LiveJornal - Kadmister.

Поговорим о воде, энергии и биологии. И посмотрим свежим взглядом на пограничную воду.

Жизненный опыт подсказывает необычность пограничной воды. 

Водная граница образует множество замечательных пейзажей и подводных ландшафтов. На границе раздела двух фаз, вода - твёрдое тело, концентрируется жизнь. 

Или обратим внимание на облака. Они также имеют достаточно чёткие границы, несмотря на то, что вода испаряется с поверхности океана и равномерно распространяться по всему небу. Водяной пар, фактически, объединяется в отдельные облака. Но как так? Почему влажность внутри облака равна 100 процентам, а прямо рядом с ним она практически нулевая? И как же так получилось, что мы не знаем ответ на этот вопрос? Мы на самом деле не понимаем воду так хорошо, как нам кажется. 

Помимо того, что вода концентрируется в облаках она ещё и концентрирует потенциальную энергию и электрический заряд. Вспомним гром и молнию. По большому счёту для их возникновения нужны только вода и энергия солнечного излучения. Как же вода и энергия излучения разделяют заряды?

Другой пример пограничной воды – гель. Это протеин и 95% воды. И если вы поднимаете кусочек геля, то почему же вода не выливается и даже не выжимается из него? Там же так много воды! Гель – это сеть из белков или полимеров. А внутренние полости имеют множество больших открытых пространств, в большинстве случаев заполненных только водой. Молекула воды – маленькая частичка одной из тех малых полостей. Итак, почему же эта вода просто не выливается? 

Другая загадка. Мы видим водяных насекомых, передвигающихся по поверхности воды и они не проваливаются. То же самое происходит с монетой. 

Она – более тяжелая, явно плотнее, чем вода. Почему же она держится на поверхности? Понятно, что это поверхностное натяжение, а причина существования натяжения по современным представлениям - это два или три слоя воды, отличающейся от всей остальной. Но как могут несколько слоёв молекул иметь такое высокое натяжение? Почему же, когда вы ныряете с высокого трамплина, вы рискуете сломать себе шею?

Итак, еще далеко не всё понятно…

А теперь – лабораторные наблюдения, которые ещё более загадочные, и о которых большинству еще не известно. 

Итак, возьмём мензурку и наполним её суспензией микросфер в воде. Микросферы – имеют размер один-два микрона, в воде они находятся во взвешенном состоянии, поэтому вода кажется мутной.


Если оставить такую суспензию на всю ночь, а на следующий день заглянуть в эту мензурку сверху,то вы увидите дырку в середине! Если это не противоречит вашей интуиции, то я не знаю, что может ещё больше вас удивить… 

Каким-то образом микросферы покидают некоторую точку возле центральной, это не обязательно должен быть точно центр и двигаются в направлении внешней границы. Почему это происходит?

Теперь рассмотрим другой опыт. Это выглядит очень просто, и вы можете повторить его в любой лаборатории. Рядом друг с другом стоят две мензурки, наполненные водой.

Поместим по электроду в каждую мензурку и подадим на них высокое напряжение. И как вы думаете, что происходит? А происходит вот что: сначала между мензурками образовывается мостик и если потом раздвинуть мензурки в стороны, то этот мостик сохранится. И вы можете растянуть его. 

Это обычная вода, между мензурками нет ничего, кроме воды. Как же так?

Я полагаю, что существует настоящее притяжение внутри воды. И, возможно, это иное понимание станет основанием для нового единого понимания природы. И это то направление, которым мы сегодня идем и о котором мне хотелось бы поговорить.

Молекула воды представляет собой диполь с положительным зарядом с одной стороны и отрицательным зарядом с другой. А если есть поверхность с зарядом на ней, то можно ожидать, что диполи начнут ориентироваться и притягиваться, образовывая несколько слоёв около поверхности.

И через тепловые колебания эти слои имеют конечное продолжение. В соответствии с современной теорией два-три молекулярных слоя, не более. Это можно найти в любом учебнике. Как видим, вода не очень интересная. Вода – это лишь несколько упорядоченных молекулярных слоя, а после них вся вода, по существу, – обычная объёмная вода. Ну, не очень интересно…

С другой стороны, я хочу показать вам то, что порядок в пограничной воде не заканчивается двумя или тремя слоями, он простирается очень и очень далеко. Мы имеем дело не с двумя или тремя слоями, а с двумя или тремя миллионами слоев воды. 

Итак, экспериментальный подход к постижению того, насколько далеко может распространяться этот порядок – очень прост, возможно, даже наивен. 

Мы знаем, что растворенное вещество будет находиться там, где молекулы воды свободнее и легче гидратируют одиночные частицы растворенного вещества. Более того, область кристаллизации растворителя отторгает любые растворенные вещества, которые не вписываются в его кристаллическую решетку. Это энергетически выгодно.  

Идея эксперимента заключается в том, чтобы посмотреть, как растворенное вещество будет распределяться в интересующей нас области и увидеть, как далеко она распространяется. 

Итак, первый эксперимент действительно примитивный. Мы берём гель, в нашем случае поливиниловый спирт (PVA - polyvinylalcohol) и суспензию микросфер. Просто наливаем суспензию на поверхность геля и наблюдаем, что происходит. Запомните, это масштаб 10 микрон.

А происходит следующее. Микросферы начинают удаляться от поверхности геля и продолжают удаляться, пока не останавливаются на значительном расстоянии от поверхности. Зона без частиц простирается на 50, 60, 70 микрометров, а это сотни тысяч слоёв воды, связанных с поверхностью. Итак, это одно из первых видео, можно сказать, историческое.

Мы подвергли испытанию несколько других гелей. Вот гель полиакриловой кислоты:  

Вы можете видеть зону исключения простирающуюся на 250 микрон, а это четверть миллиметра, так что её можно увидеть невооруженным глазом. Итак, это и есть так называемая «зона исключения». Мы называем её также, более лёгкой водой в противоположность тяжёлой воде, в которой всё это содержится.

Итак, во-первых, должно существовать этому какое-то простое объяснение, возможно даже артефакт, потому как это абсолютно неожиданно. Во-вторых, поскольку зона исключения достаточно большая надо полагать, что кто-то должен был обнаружить её раньше. И действительно, мы нашли, что 35 лет назад кое-кто действительно нашёл её раньше нас, но мы об этом не знали.

Итак, мы потратили год в поисках возможных тривиальных объяснений этому и первая мысль, которая приходит в голову - это то, что, возможно гель сжимается, а если он сжимается, то вода выходит наружу и то, что вы видите – это вышедшая вода. 

Другая идея заключалась в том, что микросферы взаимодействуют друг с другом и это отрывает их от поверхности. 

Следующее предположение заключается в том, что полимер диффундирует из геля и эта зона содержит некоторое вещество, которое и создаёт эту зону.

Также предполагали, что полимерные нити вытягиваются с поверхности и их достаточно, чтобы выталкивать вещество. 

Возможно это тип какого-то мистического дальнодействующего отталкивающего взаимодействия.

Все возможные артефакты, допускающие тривиальное объяснение были рассмотрены и научно опровергнуты в статье Zheng and Pollack, Physical Review E, 68: 031408, 2003

А именно: 

  • Постоянное сжатие геля 
  • Взаимодействие между микросферами
  • Диффузия полимера из геля 
  • Выступающие полимерные нити 
  • Дальнодействующая сила отталкивания

Не являются причинами возникновения зоны исключения. 

По-видимому, это явление указывает на существование очень дальнего порядка в воде, что очень неожиданно, и если это действительно так, тогда большая часть воды во вселенной является не обычной объёмной водой, которая описана в учебниках, а жидким кристаллом. 

Итак, это может стать основой для новой парадигмы и объяснить много аномалий воды.

Для раскрытия темы ответим на пять вопросов о сути данного явления:  

  1. Или это общее явление, или оно специфично только для упомянутых выше гелей?
  2. Действительно ли это возникает из упорядочения воды или для этого есть другие объяснения?
  3. Может ли упорядочение воды объяснить некоторые аномалии, которые я показывал вам в начале?
  4. Этот тип упорядочения требует энергии и откуда она берётся? 
  5. И, наконец, какие критические проблемы могут разрешить эти находки? Почему нам это может быть интересно?

 

Вопрос 1: Общность явления. Поверхности. Растворы.

Является ли это свойство общим в смысле типов поверхностей? Рассмотрим два типа поверхностей гидрофобные и гидрофильные. Напомним, что на гидрофобной поверхности капля воды будет собираться в виде сферы, а на гидрофильной – равномерно растекаться.

И мы обнаружили, что на гидрофобных поверхностях эффект не проявляется, а проявляется только на гидрофильных поверхностях. Для примера мы рассмотрели поверхности разных гидрофильных гелей. Все они приводят к возникновению зоны исключения:

  • поливиниловый спирт;
  • полиакриловая кислота;
  • полиамид;
  • polyHEMA
  • коллаген
  • агароза

Мы изучили также биологические образцы. Один из примеров - мышечная ткань.  

При взаимодействии микросфер и мышечной ткани в водном буфере наблюдается зона исключения, очевидно, не такая полная, как в случае с гелями, но возле поверхности мускула гораздо меньше микросфер, чем вдали от неё.

Выяснилось, что это лишь один пример из тех нескольких биологических образцов, что мы рассмотрели.

Также мы работали с мономолекулярным слоем.

Справа подложка из золота. Мономолекулярный слой содержит заряженные группы. Мы использовали различные заряженные группы. Видно, что и в этом случае образуется зона исключения. Слева поверхность, справа микросферы, между ними зона исключения.

Кроме гелей мы использовали полимерные материалы. Наиболее удобный – нафион, который часто используется в топливных элементах.

Обратите внимание на 200 микронную отметку. Наконечник, вырезанный из пластины нафиона, очень тонкий и лежит в плоскости экрана. Посмотрите, как это происходит во времени. На видео это 18 секунд с 16:26. Ускорение 20-кратное. На слайдах показано начало (слева) и окончание (справа) процесса.

 

Можно увидеть, как развивается зона исключения и затем протягивается все дальше и дальше, приблизительно до 500 микрон, это где-то полмиллиметра. В любом случае - это макроскопический масштаб.

Таким образом, множество гидрофильных поверхностей создают зону исключения. А в общем случае мы считаем, что и заряженные гидрофобные поверхности также будут создавать зону исключения.

Теперь переходим к растворам. Какие же растворы «исключаются»? Мы рассмотрели полистироловые микросферы, кварцевые микросферы, красные кровяные тельца (эритроциты), бактерии, коллоидное золото, золу.

Если мы перейдем к более мелким частицам, то одним из примеров будет белок - флуоресцентно-меченый альбумин. Альбумин является типичным белком, который широко используется.

На изображении временной ряд, показанный сверху вниз. На верхнем экране благодаря флюоресценции вы видите нафион. Он находится в воде.

Ниже на втором экране добавлен белок, флуоресцентный альбумин и видно яркое свечение, но также видно и то, справа находится зона «исключения», которая увеличивается. Она всё растёт и растёт… В результате видно, что и белок «исключается» аналогично микросферам.

Даже еще более мелкие частицы образуют зону исключения. На фотографии показанно образование этой зоны в растворе, который содержит флуоресцин натрия, молекулярная масса которого 376 дальтонов (атомных единиц массы). Итак, слева вверху пластинка нафиона в воде. На втором экране на первой секунде мы прибавляем и видим, как очень быстро формируется зона и становится все шире и шире.

И даже еще меньше размером частицы pH-чувствительных красителей, которые представляют собой набор молекул с типичным молекулярным весом от 100 до 200 дальтонов, также образуют зону исключения.

Внизу находится кусочек нафиона, и сразу выше – это зона исключения, в которой нет красителя. Итак, красители исключаются. Но есть ещё кое-что интересное, что может привлечь ваше внимание.

Появляется своего рода цветной градиент, который указывает на градиент pH. Это означает, что ближе к поверхности наибольшее количество протонов, а по мере удаления их концентрация уменьшается. И это будет очень важно через некоторое время. А пока важным замечанием является то, что краситель исключается.

Подводя итог, можно ответить на вопрос, что многие гидрофильные поверхности порождают зоны исключения и многие растворы исключаются. Итак, это объективно общее явление.

Переходим ко второму вопросу:

Вопрос 2: Есть ли физическое отличие между  зоной исключения и объёмной водой?

Мы использовали несколько методов, чтобы посмотреть, действительно ли отличается эта зона. Подтверждение того, что ЗИ имеет физические отличия, опубликовано в печати: Zheng et al., Advances in Colloid and Interface Science, 127; 19-27, 2006.

Методы исследований:

ЯМР – определение свободы молекул

Инфракрасное излучение – температура и коэффициент излучения

Электрический потенциал – градиент означает разделение зарядов

Спектр поглощения света - характеризует структуры

Вязкость (вискозиметр с падающим шариком)

Поляризационная микроскопия - являются ли молекулы ориентированными?

Ядерно-магнитный резонанс

Первое исследование – это ядерно-магнитный резонанс. Сейчас он действительно является проверкой молекулярной свободы. Молекулы возбуждаются магнитным полем и потом релаксируют. По времени релаксации вы можете судить, связанные они или свободные. По существу, это отображение того, что происходит.

Это гель, который находится рядом с водой снизу. Взгляните на область границы раздела, которая приблизительно соответствует зоне исключения. Темная область на этом слайде говорит о том, что молекулы не могут свободно вращаться. Итак, у нас есть зона размером примерно как ЗИ. И она отличается от остальной воды. Можно заключить, что молекулы ЗИ являются более связанными («скованными», несвободными) чем молекулы воды, которые находятся дальше.

Инфракрасное излучение

Дальше мы использовали инфракрасное излучение. Полученное с помощью инфракрасной камеры изображение является функцией температуры и излучательной способности материала. Итак, то, что мы здесь видим - это пластинка нафиона, контактирующая с водой снизу и никаких микросфер - только вода.

И если вы посмотрите на область воды, то увидите, что верхняя часть воды темная, а нижняя - светлая. Это похоже на некую границу между двумя фазами. Возражение, что объемная вода темнее, чем пограничная в силу того, что она более холодная, исключается продолжительностью экспозиции. Это изображение делалось в течение многих минут. И нет причин думать, что здесь должен быть такой резкий градиент температуры, который мог бы держаться так долго. Поскольку температура стремится к выравниванию в любой точке системы.

Другая интерпретация состоит в том, что структура в более темной области имеет меньшую излучательную способность, она более устойчивая. И, вследствие этого, она не излучает так сильно, как остальная вода. Это наиболее возможное объяснение этого явления.

Итак, получается, что зона исключения - более устойчивая, чем вода вдали, объемная вода.

Электрический потенциал

Следующим было измерение электрического потенциала. Электрические градиенты подразумевают наличие разделения зарядов, которое не характерно для воды, так как она должна быть нейтральной.

Итак, мы сделали измерения, представленные здесь. У нас был гель, он слева, отмечен «inside» и вода справа - «outside». Левый край области обозначенной «outside» - это поверхность геля.

Мы использовали пару микроэлектродов. Один из них - непосредственно вблизи поверхности геля, а другой располагался в разных местах, на разных расстояниях от поверхности геля.

На кривой «PAA» показаны измерения для геля полиакриловой кислоты. Разность потенциалов в точке довольно отдаленной от поверхности - 0, что и следовало ожидать.

Но по мере приближения к поверхности происходит увеличение отрицательного потенциала. Область отрицательного потенциала примерно совпадает с размерами зоны исключения.

На кривой «nafion». Те же самые измерения и для пластины из нафиона. Можно увидеть, что потенциал начинает изменяться дальше от поверхности, которая соответствует большей зоне исключения для нафиона.

Итак, всегда, когда у вас есть зона исключения, у вас есть отрицательный потенциал, а отрицательный потенциал означает, что у вас есть отрицательный заряд.

Создается ситуация, которая выглядит примерно так:

Но есть здесь кое-что, что кажется неправильным, потому как у нас есть только вода и как же может быть, что вода содержит отрицательные заряды? Есть два варианта: первый вариант - то, что зона исключения каким-то образом получает электроны или может терять протоны.

Мы подумали, что последнее более вероятно и когда мы замеряли рH в области, примыкающей к зоне исключения, мы обнаружили гигантскую концентрацию протонов.

 

На слайде красная полоса внизу - нафион, выше идет зона исключения - отрицательно заряженная, а за ней - область объемной воды с гигантской концентрацией положительно заряженных протонов.

 

Итак, по существу, мы имеем здесь отрицательно заряженную зону исключения, а за ней – область объемной воды, которая заряжена положительно.

Это – батарейка.

Если это так то, погружая один электрод в отрицательную, а другой - в положительную область, мы должны получить ток между ними. Мы это и получаем. Если измерить ток, как функцию времени, то получается кривая, которая выглядит примерно так: 

Очевидно, что это электрический ток между отрицательно и положительно заряженными зонами. И он подтверждает, что заряды на самом деле разделены.

Итак, измерения электрического потенциала показывают, что зона исключения имеет отрицательный заряд, а обычная вода – не имеет его.

Спектр поглощения света характеризует структуры.

Спектр поглощения света. По нему обычно определяются электронные состояния. Для того, чтобы провести эти эксперименты, мы использовали следующее устройство.

Начинаем со щели, которая шириной около сотни микрон и благодаря этому через щель создается узкое окно для света, который затем попадает во вторую щель и в спектрофотометр.

Суть эксперимента показана здесь, в этой кювете. У нас есть пластина нафиона с одной стороны и вода с другой. Мы можем менять позицию кюветы перпендикулярно ходу лучей для детального исследования областей воды, которая прилегает к нафиону.

Результаты эксперимента показаны на графике:

По оси абсцисс отложены длины волн, по оси ординат - величины поглощения. Можно увидеть, что на расстоянии 400 микрон от поверхности, при протяженности зоны исключения примерно до 500 микрон, поглощения почти нет. По мере приближения наблюдается гигантский пик поглощения на 270 нм. Итак, мы показали, что вода в области зоны исключения имеет очень сильное характерное поглощение, а объемная вода - его не имеет.

Пик поглощения света в зоне исключения приходится на 270 нм.

Итак, из этого мы делаем вывод, что  вода в зоне исключения, безусловно, отличается.

Вязкость (вискозиметр с падающим шариком).

Следующим этапом мы рассмотрели вязкость. Для этого мы использовали очень простой метод: вискозиметр с падающим шариком.

Мы наблюдали за тем, с какой скоростью шарик падает. Конечно, нас интересовала зона прямо над нафионом, потому что это - зона исключения. Вопрос заключается в том,  снижает ли скорость шарик, когда он попадает туда, встречаясь с более высокой вязкостью. Вы можете посмотреть видео, на котором снято несколько падающих шариков. Начиная сверху, они падают с нормальной скоростью, в середине - примерно с той же скоростью, но как только они приближаются к поверхности, а это поверхность нафиона, можно увидеть, как они замедляются, почти останавливаются и проходят очень и очень медленно. Это движение изображено на графике, где по ординате отложена высота в микрометрах. Можно наблюдать замедление падения шарика по мере снижения. И поскольку шарик значительно замедляется, это означает, что вязкость становится намного больше.

Рядом – контрольная поверхность у которой нет зоны исключения и, как и следовало ожидать, нет эффекта. Итак, зона исключения является более вязкой, чем обычная вода.

Поляризационная микроскопия – являются ли молекулы ориентированными?

И наконец, мы применили поляризационную микроскопию. Использовался гель агарозы (слева) и вода (справа). Можно наблюдать, что на границе находится область, которая снова примерно соответствует зоне исключения и в ней молекулы ориентированы, что видно по этой яркой полосе.

Мы также проводим химические эксперименты. Показано изображение кусочка нафиона.

Основной цвет объёмной воды голубой. Любое изменение цвета в результате реакции - показатель упорядоченности молекул. Очевидно, что области ориентированных молекул на границе с нафионом очень хорошо согласуются и в размерах, и в распределении с зоной исключения, которую вы видели.

 Итак, что же мы имеем, отвечая на эти вопросы:

  • Во-первых, молекулы зоны исключения более связанные, в сравнении с внешней водой, которая не связана.
  • Молекулы ЗИ более стабильны, в сравнении с объёмной водой, которая менее стабильна.
  • У ЗИ есть отрицательный заряд, по сравнению с обычной водой, у которой его нет.
  • ЗИ поглощает при 270нм, в отличие от объёмной воды, которая не поглощает.
  • И ЗИ более вязкая, чем обычная вода, а молекулы в ней молекулы ориентированы.

Доказательство того, что вода зоны исключения физически отличается от объёмной воды, опубликованы в Adv. Colloid Interface Sci, 127: 19-27, 2006.

  • Молекулы ЗИ – более связанные (ЯМР);
  • Молекулы ЗИ – более устойчивые (инфракрасное излучение);
  • ЗИ имеет отрицательный заряд (электрический потенциал);
  • ЗИ поглощает на 270 нм (спектр поглощения света);
  • ЗИ – более вязкая (вискозиметр с падающим шариком);
  • Молекулы ЗИ – ориентированы (поляризационная микроскопия).

Очевидно, что вода ЗИ отличается от обычной воды. И если посмотреть на 2 верхние и 1 нижнюю строки, можно понять немного больше об этой воде. Молекулы - более связанные, более стойкие, проявляются как ориентированные, а это означает то, что мы имеем жидкий кристалл, ситуацию, когда молекулы очень хорошо ориентированы друг относительно другой.

Итак, к этому моменту мы имеем: зона исключения имеет отрицательный заряд, является жидкокристаллической и простирается очень и очень далеко. Можно подумать, что это могло бы быть чем-то наподобие четвертой фазы воды.

Мы все знаем из учебников химии, что вода имеет три фазовых состояний, а именно: лед, жидкость и  газ. Но существует четвертая фаза и она жидкокристаллическая. Впервые такое было предложено сто лет в 1912 году сэром Томасом Харди.

Поражаюсь, как же много работы было сделано за 100 лет в этом направлении. На самом деле, мы недавно нашли такое, что даже читается с трудом. Называется «Глубина приповерхностной зоны жидкости». И если вы сможете прочесть, вверху справа написано 1949. Эта работа, опубликованная в 1949 подводит, итог всех данных о поведении различных жидкостей возле поверхностей. И там приведено больше сотни ссылок на работы, сделанные до 1949, которые показывают, что эти жидкости - организованы и организованы они в областях порядка сотен микрон от поверхности.

Что же случилось после 1950, так как до 1950 это было хорошо известно, например, Альберт Сент-Дьерди, который получил Нобелевскую премию за работы по открытию витамина С и имел много других ценных достижений, в одной из нескольких своих книг писал: «Жизнь - это вода, танцующая под мелодию макромолекул (твердых материй – реально)». Итак, в то время было действительно очень хорошо известно, что вода - исключительно важна. Так что ж случилось?

А случилось несколько, можно сказать, неудач. Одна из них касалась так называемой «поливоды», которая изначально была обнаружена русскими и оказалась артефактом, а потом, через 20 лет, был другой результат, его назвали «памятью воды» и снова он оказался провалом, и кто-то потерял карьеру, предполагая, что молекулы воды могут иметь память.

И я помню совет, который мне дали в самом начале моей карьеры, когда я ничего не знал о воде, кроме того, что она хороша для питья, «вы можете исследовать любое направление, но держитесь подальше от воды, потому как она действительно опасна».

Я думаю это то, что произошло за период в 50 лет и вот поэтому некоторая информация первой половины прошлого века совершенно утеряна.

Итак, на второй вопрос, «Является ли зона исключения физически отличной от объемной воды?», можно достоверно ответить: «Да, так и есть. И она проявляется как жидкокристаллическая».

Вопрос 3: Может ли жидкокристаллическая вода объяснить аномалии, которые противоречат интуиции?

Какое поведение мы ожидаем от жидких кристаллов? Ну, мы знаем, что кристаллы, например, могут расти. И вот, какой интересный слайд, полученный в нашей лаборатории. 

Здесь внизу у основания кусок нафиона и отдельные маленькие выпуклости на его поверхности. Это лишь простое следствие расширения нафиона за счёт гидратации. Но заметьте, что зона исключения здесь не просто огибает эти препятствия параллельно поверхности, зона исключения начинает расти. Как видно на изображении зона исключения растёт, как растут кристаллы, в разных местах и на очень большие расстояния. 

Вы также можете заметить другую особенность – зона роста окружена красным. И помните, красный в этом красителе указывает на положительный заряд, на протоны.

Итак, действительно интересно, что, как и для кристалла, вы ожидаете, рост ЗИ, и она на самом деле растет, и она точно так же окружена протонами. Вы видите это не только с помощью этих красителей, но также с помощью микросфер. Не очень хорошо видно, но все-таки можно разглядеть растущую зону исключения. А рост происходит в гигантской камере длиной в метр. Здесь показан один конец цилиндрической емкости. 

Слева расположен кусочек нафиона, а сразу за ним находится ЗИ, которая все же растёт. И будет расти постоянно, а иногда и до конца камеры длиной в один метр.

Здесь аналогичная картина. Это другая большая камера и снова ЗИ растёт, а иногда она даже ветвится.

Это характерно для кристаллов. 

Элементы кристалла слипаются друг с другом для того, чтобы построить кристалл. Понятно, почему вода не вытекает из геля. Потому, что полости наполнены не обычной объемной водой, а жидким кристаллом. Кристалл приклеивается к поверхности протеина, а также слоями соединяется друг к другу и потому не вытекает.

Жидкокристаллическая вода на самом деле очень желеподобна и желеподобное состояние закрепляется, вероятно, водой, а не белками геля. 

Было обнаружено, что кристаллическая вода также вырастает на границе раздела между воздухом и водой. И вот пример этого явления. 

Камера из двух параллельных стеклянных пластин, расположенных достаточно близко друг к другу, заполняется суспензией с микросферами. То, что происходит через несколько минут, показано здесь. Итак, сверху - воздух, это темная область, затем идет мениск - это белая линия, которая проходит от края до края и в самом низу мутность - это вода плюс микросферы. На образование этой зоны уходит где-то минут 20. И это не связано с осаждением микросфер, которые оседают несколько часов. 

И вот чистая зона, очень похожа на зону исключения и, фактически, концентрирует тонкий гель воды как кромку. Теперь представьте, что на поверхности мы имеем не один или два молекулярных слоя, а имеем тонкую кромку, которая может быть в миллиметр толщиной и иметь около трех миллионов молекул и иметь характеристики геля. Теперь посмотрите, что происходит на этом видео. 

Если коснуться стеклянной палочкой поверхности, а потом двигать ее вдоль, то можно увидеть, что гель воды реально существует. Нижняя часть границы микросферы /гель двигается вслед за верхней. 

 

Этим объясняется, почему предметы тяжелее воды могут не тонуть в ней. Потому что там много структурных слоев, а не два или три. Очень высокое поверхностное натяжение создают 2-3 миллиона структурных слоев.

Кристаллы могут быть довольно твёрдыми.

Вы знаете, что кристаллы могут быть достаточно твердыми, например алмаз. Вернемся к водному мостику, который, как мы видели, растягивается не разрушаясь. Прочность обеспечивается жидкокристаллическим состоянием воды. 

И, наконец, причина, почему свободные, положительно заряженные протоны не проникают в отрицательно заряженную зону исключения, состоит в том, что это жидкий кристалл. Если бы это было бы не так, то противоположные заряды соединились бы со скоростью тока и рассеялись. Но этого не происходит, а причина в том, что это жидкий кристалл. 

Итак, ответ на вопрос 3: «Да. Кристаллическая вода действительно очень просто объясняет некоторые аномалии». Она объясняет также, почему заряды водной батареи остаются разделёнными.

Вопрос 4: Что заряжает водную батарею?

Необходимо выполнение законов сохранения. Вопрос состоит в том, что же отвечает за зарядку и разрядку этой батареи? После нескольких лет мы нашли, как нам кажется, ответ. Это энергия падающего излучения, например, от солнца. Это был сюрприз.

То, что вы видите здесь – это пластинка из нафиона. Зелёная окраска связана с ограничением падающего света, для того, чтобы изучить влияние добавочного света. Если вы посмотрите на зону исключения, то увидите как она изменяется под воздействием точечного источника света. В освещённых местах ЗИ быстро растёт почти так, как росли бы сосульки жидкого кристалла.

Другой эксперимент, когда мы использовали отдельную длину волны в ближнем инфракрасном диапазоне и получили довольно ошеломляющий результат.

Здесь - контроль слева. Затем мы выдержали образец в инфракрасном излучении длиной 3.1 микрона, но это не так важно сейчас. На протяжении 5 минут происходит следующее: ЗИ вырастает в 3.5 раза за 5 минут. Можно подумать, что это тепловые эффекты, связанные с расширением тел. Мы измерили температуру в различных частях сосуда, особенно в области зоны исключения и максимальный рост температуры, который мы наблюдали, был 1.5 градуса С. Таким образом, эффект вызван не нагреванием, а за счет прямого воздействия фотонов, которые проникают в зону исключения. 

Конечно, нам стало интересно, как различные длины волн влияют на изменение величины ЗИ.

На графике длина волны обозначена по оси абсцисс - это область видимого спектра приблизительно от 400 до 800 нм и УФ спектра, который находится слева. А область инфракрасного и ближнего инфракрасного находится справа. Мы протестировали все длины волн, какие смогли, например, выдерживая образец в зеленом свете, вы обнаружите, что зона исключения за 5 минут увеличивается где-то в 1.6 раза или на 60 % и так далее. Во всей зоне ближнего ИК спектра снова можно видеть: разные длины волн проявляют разный эффект. Наиболее заметное действие оказывает длина волны в 3 микрона. Это, так называемая, область усиления влияния. Но обратите внимание, что интенсивность света в тысячу раз слабее, чем обычный видимый свет. 

При повышении интенсивности кривая будет смещена вверх, но в целом сохранит все пики, а высшая точка снова будет на 3 микронах или где-то в ближнем ИК диапазоне, к которому этот образец наиболее чувствителен. 

Итак, ответ на четвертый вопрос об энергии, о том, откуда же эта энергия берётся: «зона исключения получает энергию фотонов. Эта энергия фотонов от солнца, искусственного источника или от источника тепла, которая проникает постоянно, упорядочивает воду и заряжает водный аккумулятор». 

В соответствии с традиционными представлениями энергия Солнца нагревает воду и непродолжительно аккумулируется в ней. В этом нет ничего уникального или интересного.

Полученные результаты свидетельствуют, что энергия Солнца в воде преобразуется в энергию упорядоченных структур и разделённых зарядов. Это, своего рода, новая парадигма того, как распределяется энергия во Вселенной.

Вопрос 5: Почему всё это важно?

Почему же все эти вещи важны – это пятый и последний вопрос.

Думаю, такого рода наблюдения, которые я показывал вам, являются основой для всех и каждой из наук, которые касаются воды и света: от физики до биологии. Но кроме того это новая энергетическая парадигма. А также основа для разработок абсолютно новых практически полезных устройств, о которых люди до сих пор даже не задумывались.

Взаимодействие воды, частиц и света позволяет сделать множество открытий на стыке наук физики, химии и биологии.  

Предположим, у вас есть заряженная частица или молекула окруженная водой. Общепринято, что возле нее может быть один-два слоя упорядоченной воды и не более. Но это не так. Возле нее очень много воды и эта вода отрицательно заряжена. Благодаря этому вокруг этой системы накапливаются протоны, а это означает, что ситуация очень отличается от того, что написано в учебниках. Мы имеем дело со структурой, в которой намного больше потенциальных возможностей. Далее показан пример, как это может работать.

 

Допустим, есть две частицы с отрицательным зарядом, сформированным водой и масса протонов по всей воде вокруг. Следует ожидать движение этих частиц в сторону наиболее сконцентрированного положительного заряда. Какое это направление? Легко догадаться, что он будет между двумя соседними положительными зарядами. 

А это означает, что частицы будут стремиться объединиться, даже если они находятся далеко друг от друга, а потому они будут сближаться и это сближение, на самом деле, действительно хорошо известно людям. Это было отмечено известным физиком Ричардом Фейнманом, как «подобное притягивается к подобному». Итак, фактически, вы помещаете несколько частиц с одинаковым зарядом в контейнер с водой и ожидаете, что они будут отталкиваться, но они притягиваются друг к другу. И только, когда силы притягивания протонов будут уравновешены силами отталкивания, между отрицательно заряженными объектами будет достигнуто равновесие.

Сейчас я показал вам две частицы, но, на самом деле, если у вас много частиц, то все они будут собираться в определенных точках.

Итак, вы берёте мензурку и наливаете воду и немного микросфер достаточно широко рассредоточенных в воде и после этого просто ждёте. И если подождать и затем посмотреть в микроскоп, то вы увидите, что эти микросферы соберутся вместе и сформируют что-то похожее на кристалл. И видно, что они не касаются друг друга, они немного разведены, как вы видите, и это называется – коллоидный кристалл, он очень хорошо известен.

Итак, подобное притягивается подобным.

Чрезвычайно фундаментальный принцип природы.

Если мы вспомним наши облака, с которых мы начинали и зададим вопрос, как же вода, которая поднимается равномерно, конденсируется в облако, то нам станет понятно - подобное притягивается подобным.

И если мы возьмём мензурку с микросферами и дыркой внутри, то причина, почему возникает дырка в том, что свет проникает внутрь со всех сторон: инфракрасный свет, видимый свет. Что мы имеем? В результате этот инфракрасного облучения микросферы притягиваются в направлении периферии, покидая область где-либо в центре или возле центра. Это зависит от однородности входящего света.

Фактически, если вы возьмёте свет, даже не яркий и установите его с правой стороны, то микросферы переместятся вправо, а дыра сместится влево. Итак, это свет толкает микросферы в направлении к периферии.

Но самый главный пример того, как подобное притягивается подобным, является самым фундаментальным вопросом науки – происхождение жизни.