ทฤษฎีโครงสร้างน้ำเหลวอีกทฤษฎีหนึ่ง
ทำให้สล็อตแตกง่ายเกิดคำถามเกี่ยวกับสหวิทยาการ การออกแบบยา โหราศาสตร์ชีววิทยา ชีววิทยาระดับโมเลกุล ธรณีเคมี และอื่นๆ
ไม่มีใครเข้าใจน้ำจริงๆ เป็นเรื่องที่น่าอายที่จะยอมรับ แต่สิ่งที่ครอบคลุมสองในสามของโลกของเรายังคงเป็นปริศนา ที่แย่ไปกว่านั้น ยิ่งเราดูมากขึ้น ปัญหาก็จะยิ่งสะสมมากขึ้น: เทคนิคใหม่ๆ ที่เจาะลึกลงไปในสถาปัตยกรรมระดับโมเลกุลของน้ำที่เป็นของเหลวทำให้เกิดปริศนามากขึ้น
ความลับที่มีความผิดนี้มีการแตกสาขามากมาย น้ำกำหนดสภาพแวดล้อมบนบก เป็นศูนย์กลางของวิทยาศาสตร์โลกและบรรยากาศ ชีววิทยาและเทคโนโลยีมากมาย สมมติฐานทั่วไปที่ว่าน้ำมีลักษณะที่ดีได้นำไปสู่สิ่งปลูกสร้างที่อธิบายได้ซึ่งสร้างขึ้นบนพื้นดินที่สั่นคลอน สถานการณ์ไม่เป็นที่น่าพอใจทางปัญญาและอันตรายในทางปฏิบัติ
ทุกคนเห็นพ้องต้องกันว่าโครงสร้างโมเลกุลของน้ำด้านหนึ่งทำให้น้ำแตกต่างจากของเหลวอื่นๆ ส่วนใหญ่ นั่นคือ พันธะไฮโดรเจนที่หายวับไป1 พันธะที่อ่อนแอเหล่านี้ซึ่งเชื่อมโมเลกุลจะแตกตัวอย่างต่อเนื่องและก่อตัวเหนือจุดหลอมเหลวของน้ำ แต่ยังคงกำหนดระดับของโครงสร้างบนความสับสนของโมเลกุล
นั่นคือสิ่งที่ฉันทามติสิ้นสุดลง ภาพมาตรฐานของน้ำของเหลว1 วางตำแหน่งว่า โดยเฉลี่ย แต่ละโมเลกุลของ H2O ถูกผูกมัดกับโมเลกุลอื่นๆ อีกสี่ตัวในรูปแบบจัตุรมุข หน่วยการจัดระเบียบที่ทำซ้ำอย่างต่อเนื่องนี้กำหนดเครือข่ายสามมิติที่ขยายไปทั่วของเหลว มุมมองที่แพร่หลายนี้ส่วนใหญ่มาจากการศึกษาการกระเจิงนิวตรอนและการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ และมันสมเหตุสมผลดีเมื่อพิจารณาถึงการจัดเรียงโมเลกุลในผลึกน้ำแข็งแบบจัตุรมุขอย่างชัดเจน
ในปี 2547 ภาคล่าสุดในแนวความขัดแย้งที่ยืดยาวได้เกิดขึ้น Lars Pettersson และเพื่อนร่วมงานของเขาซึ่งอยู่ที่มหาวิทยาลัยสตอกโฮล์มในสวีเดนได้ตีพิมพ์บทความที่เป็นข้อโต้แย้งใน Science โดยอ้างว่าโมเลกุลในน้ำของเหลวจับกับโมเลกุลอื่น ๆ โดยเฉลี่ยเพียงสองชนิด ทำให้เกิดเป็นสายโซ่และวงแหวน2 มันเป็น ‘ทฤษฎีสตริงของน้ำ’ ถ้าคุณต้องการ กลุ่มของ Pettersson ใช้ X-ray absorption spectroscopy เพื่อสำรวจสภาพแวดล้อมในท้องถิ่นของอะตอมออกซิเจนแต่ละตัว
การตีความได้รับการต้อนรับด้วยความสงสัย
แต่ ‘ทฤษฎีสตริง’ จะไม่หายไป นักวิจัยชาวสวีเดนอ้างว่าในขณะที่ยังไม่ได้เผยแพร่ โครงสร้างจัตุรมุขแบบเดิมไม่ใช่วิธีเดียวที่จะตีความข้อมูลก่อนหน้าเกี่ยวกับโครงสร้างน้ำจากรังสีเอกซ์ การกระเจิงนิวตรอน และอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี โมเดล ‘สตริง’ เหมาะกับผลลัพธ์เช่นกัน นักฟิสิกส์และนักเคมีจากสถาบันหลายแห่งในญี่ปุ่น ได้ปรับปรุงมุมมองของตนผ่านเครื่องเอ็กซ์เรย์ สเปกโทรสโกปี
น้ำที่พวกเขาแนะนำตอนนี้คือความยุ่งเหยิงของโครงสร้างสองแบบที่แตกต่างกัน เป็นซุปแบบสุ่มที่แต้มด้วย ‘ภูเขาน้ำแข็ง’ เล็กๆ ซึ่งแต่ละก้อนประกอบด้วยโมเลกุล 100 หรือมากกว่าที่เกาะติดกันอย่างหลวมๆ พวกเขาโต้แย้งว่ากระจุกดาวนั้นค่อนข้าง ‘เปิด’ และมีพันธะไฮโดรเจนอย่างแน่นหนา โดยสอดคล้องกับแบบจำลองจัตุรมุขทั่วไป ซุปนี้ทำมาจากโครงสร้าง “สตริง” ที่อธิบายไว้ในปี 2547 ซึ่งแน่นกว่าและมีพันธะไฮโดรเจนน้อยกว่า
แบบจำลองสองสถานะดังกล่าวจะเปลี่ยนภาพลักษณ์ของเราโดยพื้นฐานว่าสารที่ละลายมีพฤติกรรมอย่างไร ตัวถูกละลายที่ไม่มีขั้วอาจถูกแบ่งออกเป็นกลุ่มที่มีพันธะไฮโดรเจนอย่างแน่นหนา ตัวละลายขั้วเช่นไอออนจะว่ายในซุปที่ไม่เป็นระเบียบ ผลที่ตามมาจะรู้สึกได้จากธรณีเคมีไปจนถึงการแปรรูปทางอุตสาหกรรมจนถึงวิทยาศาสตร์คอลลอยด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นักชีววิทยาจะต้องระมัดระวัง เพราะอย่างน้อยน้ำที่เป็นของเหลว ซึ่งเป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายว่าเป็น ‘เมทริกซ์แห่งชีวิต’ บนโลกของเรา ไม่ได้เป็นเพียงโครงแบบพาสซีฟ มันมีบทบาทอย่างแข็งขันมากมายในอณูชีววิทยา3 โดยได้รับอิทธิพลเพียงเล็กน้อยจากโครงสร้างของมัน
ขณะนี้ นักวิจัยด้านน้ำจำนวนมากปฏิเสธงานของสตอกโฮล์มว่าเป็นพายุในถ้วยน้ำชา พวกเขาคิดว่าผลลัพธ์ที่ผิดพลาดจะกลายเป็นคำอธิบายทางโลก บางทีอาจเป็นเพียงข้อมูลเข้าใจผิด มันต้องการการระงับความไม่เชื่ออย่างมากเพื่อยอมรับว่าภาพธรรมดาของน้ำที่ประกอบกันอย่างอุตสาหะในช่วงที่ดีที่สุดของศตวรรษ นั้นผิดโดยพื้นฐานแล้ว ถึงแม้ว่าการพลิกกลับของคนแปลกหน้าจะเกิดขึ้นในด้านวิทยาศาสตร์
โดยไม่คำนึงถึงผลลัพธ์ การอภิปรายนี้น่าสนใจโดยเป็นภาพประกอบว่าเข้าใจน้ำได้ยากเพียงใด และความไม่แน่นอนแผ่ขยายออกไปมากเพียงใด และข้อพิพาทก็เป็นเพียงหนึ่งในหลายๆ ตัวอย่างเช่น น้ำก่อตัวเป็นของเหลวสองเฟสที่แตกต่างกันภายใต้อุณหภูมิและความดันสุดขั้วหรือไม่? มันจัดเรียงโมเลกุลใหม่ใกล้กับพื้นผิวหรือเพื่อรองรับตัวถูกละลายได้อย่างไร? น้ำในเซลล์ส่วนใหญ่มีโครงสร้างคล้ายกับของเหลวบริสุทธิ์หรือไม่? หากหรือเมื่อการทะเลาะวิวาทเหล่านี้หายไป ประวัติศาสตร์ทำให้เราคาดหวังให้คนอื่นผุดขึ้นมาแทนที่
ผิดปกติเกินไป แปลกเกินไป
เขตเลือกตั้งที่พิจารณาประเด็นดังกล่าวควรกว้างกว่าในปัจจุบันมาก ปัญหาหนึ่งคือ แม้แต่คนที่ทำงานเกี่ยวกับทฤษฎีทั่วไปเกี่ยวกับสถานะของเหลวของสสารก็ไม่ยอมเข้าใกล้น้ำ มันผิดปกติเกินไป แปลกเกินไป มันไม่ได้ทำในสิ่งที่ ‘ควรจะเป็น’ ของของเหลว: มันขยายตัวเมื่อแช่แข็ง มันหนาแน่นที่สุดในสถานะของเหลวที่อุณหภูมิ 4 °C แทนที่จะกลายเป็นถ้ำอย่างคงที่สล็อตแตกง่าย
