KI hilft, das Mysterium des gefrierenden Wassers zu entschlüsseln

Forscher der Universität Osaka haben künstliche Intelligenz (KI) eingesetzt, um ein jahrhundertealtes Rätsel zu lösen: Warum dehnt sich Wasser beim Gefrieren aus? Das Team hat systematisch 16 verschiedene Methoden zur Beschreibung der Struktur von Wassermolekülen unter wechselnden Temperaturen und Drücken evaluiert.

Mithilfe eines KI-Modells identifizierten die Forscher erfolgreich die genaueste Methode, um die mikroskopischen Veränderungen in Wasser zu erfassen. Dieser Durchbruch bietet einen einheitlichen wissenschaftlichen Rahmen für das Verständnis der anomalen Eigenschaften von Wasser, wie seiner Ausdehnung beim Gefrieren und des Verhaltens von unterkühltem Wasser.

Obwohl Wasser die am häufigsten vorkommende Flüssigkeit auf der Erde ist, verhält es sich beim Gefrieren ungewöhnlich, im Gegensatz zu den meisten anderen Substanzen. Frühere Theorien haben diese Phänomene mit der mikroskopischen Struktur des Wassers in Verbindung gebracht, die sich mit Temperatur und Druck ändert. Das Fehlen einer systematischen Beschreibungsmethode hat jedoch ein tieferes Verständnis erschwert.

Die Studie unter der Leitung von außerordentlichem Professor Kang Kim verglich mithilfe von KI sorgfältig verschiedene Beschreibungsansätze für molekulare Strukturen. Dies ermöglichte ein Verständnis der lokalen Ordnung im Wasser und klärte die Entwicklung seiner konkurrierenden flüssigen Zustände.

Die Ergebnisse helfen zu erklären, wie sich Wassermoleküle beim Gefrieren zu einer kristallinen Struktur anordnen. Darüber hinaus beleuchtet die Forschung das Verhalten von unterkühltem Wasser, bei dem hoch- und niedrigdichte flüssige Strukturen konkurrieren und die anomalen physikalischen Eigenschaften von Wasser beeinflussen.