科学家揭开了水的神秘量子秘密

知新了了 2024-10-31 08:28:09

EPFL的研究人员第一次直接观察到液态水中参与氢键的分子,捕捉到以前只能通过理论模拟才能获得的电子和核量子效应。

水是生命的代名词,但将水分子聚集在一起的动态的、多方面的相互作用 —— 氢键 —— 仍然是个谜。当邻近水分子中的氢原子和氧原子连接时,这些氢键就形成了,在这个过程中交换电子电荷。

这种电荷共享是三维“氢键”网络的一个关键特征,它赋予液态水独特的性质,但迄今为止,这种网络核心的量子现象只能通过理论模拟来理解。

现在,由EPFL工程学院基础生物光子学实验室负责人西尔维·罗克(Sylvie Roke)领导的研究人员发表了一种新方法 —— 相关振动光谱(CVS)—— 使他们能够测量水分子参与氢键网络时的行为。

至关重要的是,CVS允许科学家区分这种参与(相互作用)的分子和随机分布的非氢键(不相互作用)分子。相比之下,任何其他方法同时报告两种分子类型的测量结果,使它们无法区分。

罗克解释说:“目前的光谱学方法测量的是由系统中所有分子的振动引起的激光散射,所以你必须猜测或假设你所看到的是由于你感兴趣的分子相互作用。有了CVS,每种不同类型分子的振动模式都有自己的振动谱。因为每个光谱都有一个独特的峰,对应于水分子沿着氢键来回移动,我们可以直接测量它们的性质,比如有多少电荷被共享,以及氢键强度是如何受到影响的。”

研究小组称,这种方法具有“变革性”的潜力,可以表征任何材料中的相互作用,该方法已发表在《科学》杂志上。

从一个新的角度看问题

为了区分相互作用和非相互作用的分子,科学家们在近红外光谱中用飞秒(千万亿分之一秒)激光脉冲照射液态水。这些超短的光爆发会在水中产生微小的电荷振荡和原子位移,从而触发可见光的发射。这种发射的光以散射模式出现,其中包含有关分子空间组织的关键信息,而光子的颜色包含有关分子内部和分子之间原子位移的信息。

“典型的实验将光谱探测器与入射激光束呈90度角,但我们意识到,我们可以通过改变探测器的位置来探测相互作用的分子,并使用偏振光的某些组合来记录光谱。通过这种方式,我们可以为非相互作用和相互作用的分子创建单独的光谱,”罗克说。

研究小组进行了更多的实验,目的是利用CVS来梳理氢键网络的电子和核量子效应,例如通过添加氢氧根离子(使其更碱性)或质子(更酸性)来改变水的pH值。

“氢氧根离子和质子参与氢键,因此改变水的pH值会改变其反应性,”该论文的第一作者、博士生弗洛尔·米沙说。“有了CVS,我们现在可以精确地量化氢氧根离子向氢键网络贡献了多少额外电荷(8%),以及质子从中接受了多少电荷(4%)—— 这些精确的测量在以前的实验中是不可能完成的。”在法国、意大利和英国的合作者进行的高级模拟的帮助下,这些值得到了解释。

研究人员强调,他们也通过理论计算证实了这种方法,可以应用于任何材料,事实上,一些新的表征实验已经在进行中。

罗克说:“直接量化氢键强度的能力是一种强大的方法,可以用来澄清任何溶液的分子水平细节,例如含有电解质、糖、氨基酸、DNA或蛋白质。由于CVS不仅限于水,它还可以提供关于其他液体、系统和过程的丰富信息。”

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11 阅读:1036
评论列表
  • 2025-05-01 09:37

    第一页内容: 光的电磁感应原理解释光电效应的详细解释:前面说了光是由电子的振动产生的电磁波。我们首先说一下电磁感应原理,当线圈中的磁通量发生变化时线圈会产生感生电动势其大小与通过线圈中的磁通变化率成正比。公式为E = -dΦ/dt 其中,E表示感应电动势的大小,Φ表示磁通量,t表示时间,d表示微分符号,dt表示时间的微小变化量。日常生活中的变压器、交流电动机、电磁炉甚至微波炉等都是利用电磁感应原理来工作的。现在说一下我们日常使用的无线通讯工具也是用电磁感应原理来工作的。首先无线电信号发射器是由一个信号振荡器产生一定频率的主频振荡信号,然后将要发出的信息用调频或调幅的方式加载到振荡信号上,然后用天线将振荡电磁波发射出去。无线接收器则是采用调谐器将接收器的谐振器的频率调到与发射器的振荡频率一样利用电磁谐振原理使无线电波与谐振器发生共振从而高效的接收对应的无线电波信号,这种接收无线信号的原理本质上就是电磁感应原理!下接笫二页:

  • 2025-05-01 09:37

    接第一页: 这种无线电波的强度即每个波包的磁通量变化率主要由振荡线圈的电流大小决定,电磁波的能量大小主要是由每个波包的磁通量的变化率决定的,并不是机械波意义上那种由振幅来决定波的能量大小,电磁波的空间振幅是由它的频率决定的,频率越高空间振幅越小,而表征能量大小的磁通量变化率则由振荡线圈的电流变化率决定,振荡线圈电流变化率越大电磁波包的磁通量变化率越大波包的能量就越大。前面说过光是由电子振动产生的电磁波,由于电子的电量是一定的,电子振动一周的电流与其振动频率成正比,公I=Q/t 电流强度是指每秒钟通过导体的电荷量。同理电子振动产生的电磁波包磁通量的变化率与其振动电流成正比,而电子的振动电流与其振动频率成正比,因为电子振动频率越高单位时间内的电流越大。据此理论,光电效应就相当于是一个无线电信号接收器。

  • 2025-05-01 09:39

    综合上述理论,用偏振激光脉冲用拉曼效应原理研究原子分子结构是最理想的工具!

  • 2025-01-24 11:51

    万有力与电磁力的统一是:物体(粒子、星球)之间不但有引力还有斥力,二者相互依存、相互转换,都是电磁波力。中子、原子是带电的,物体是带电的。物体内外都有变化的电参数,还有变化的机械参数。能解释太多的现象,包括人类社会现象。宇宙、地球、动植物是个大化工厂。 黑洞是一台非常大的水泵(风机) 真空有电流 时间是事物变化过程!

  • 2025-05-01 09:37

    接第二页: 光电波照到光电效应的金属材料上时,材料上的电子就会受到光电波的电磁感应从而获得相应的电动势(能量)。这种电磁感应在真空状态下几乎是无损耗的。我们日常使用的变压器其实它的电磁感应效率也是很高的,只是它存在铁损和铜损。其实专家们也知光波和电子是存在本质的区别的,首先光波符合所有波的特性:折射、衍射、干涉、反射等还有一个重要的属性就是不用任何加速器一经产生即达光速。这个属性包括机械波也是一样。而电子等实物粒子除了所谓的电子双缝干涉实验表面上看具有干涉性,实际就是衍生物而已 。波最关健的1个属性就是一经产生就能达到属于性其自身本质属性的固有速度。电子和其它实物粒子是没有这个波的基本属性的。实物粒子的速度是需要加速器来加速的,一但停止加速它们的速度很快就会衰减。而很多专家为了证明光具有波粒两象性,拼命去实验验证光具有质量,波粒两象性理论已经出来上百年了直到现在也还没有人能证明光具有质量。最后只能搞出来1个更加荒谬的光没有静止质量,只有动质量的质能方程。‘

  • 2025-05-01 09:36

    光通过透明体时是受激辐射是有实验依据的。其实拉曼效应就是原子的受激辐射产生的。当光通过透明体时其实是透明体里的原子中的电子受激再辐射出光,这个推论是有实验依据的。当光通过带颜色的透明体时就会辐射出物体本身颜色的光,也就是拉曼效应光。拉曼效应实验就是物质受激辐射,所以它辐射出的是物质原子里电子固有频率的光。所以拉曼在发现拉曼效应时观察的海水颜色是蓝色的。其实水就是高度透明的蓝色物质,所以它受激辐射出固有频率蓝光。所以以前的理论说水是无色透明的物质是错误的!水其实就是蓝色高度透明的物质!只是在少量时辐射出的蓝光很少反射的都是它背后物质的颜色,所以就被误认为无色。还原光的电磁波属性后到此所有的之前无法解释的物理理论都可以通顺了!所谓的测不准原理,薛定谔的猫,光子论(量子),四不象的波粒两象性都将成为过去时。

  • 2025-05-01 09:36

    到目前为止人类连光的本质属性都没搞清楚更不要说控制单个光脉冲了!我的理论是根据电磁波原理(振荡电流产生电磁波)推导出光波是由单个电子振动产生的电磁波,一个电子振动一次产生一个光脉冲,一群电子振动产生一群光脉冲。所谓单光子目前人类还无法做到,因为人类到目前为止连控制一个原子都做不到更不要说控制一个电子。所谓探测,目前的探测手段也只探测一群光波,因为目前所有的感光材料都要有一定量的光波作用才能体现出来。所谓的单光子双缝干涉实验实际上是一群光波在起作用,只是要达到一定的量才能在屏幕上显示出来。如果还原光的电磁波属性,用光的电磁感应原理解释光电效应,解释黑体辐射(在光的电磁感应原理解释光电效应实验时说的光波作用于电子电子获得的能量就是一份份的,在效果上是不连续的)也就是说光的电磁感应原理也能解释黑体辐射实验。再有就是解释康普顿效应,是光激光辐射引起的,我认为光通过透明体是光激辐射也就是入射光激发透明体的电子引起透明体物质的电子共振再发射出光波,晶体里的电子振动频率受晶体原子势能的影响,不同角度的晶格电子受激后振荡频率不一样引起康普顿实验结果。声波通过空气或固体物传播的原理也是一样的。

  • 2025-05-01 09:35

    光的本质属性就是电磁波!没有粒子性!用光的电磁感应原理能完美地解释光电效应实验。根据本人用光波的电磁感应原理解释光电效应实验可以推导出用偏振光做光电效应实验会对逸出电子方向产生影响,逸出电子的方向与入射光波包的切线方向相同,而实验证明推论完全正确!光的电磁感应原理导论1:光的波包的磁通变化率与光的频率成正比,所以光的波泡对电子的感应能力与光的频率成正比!与实验结果相符。而光子论的假设是无法解释逸出电子方向与入射光方向无关的实验事实,而且逸出电子方向可以与入射光方向相反,爱因斯坦的光子论假设是光子撞击电子产生光电效应的,按此推论逸出电子方向应该与入射光同向,而实验事实却是与入射光方向无关反而与偏振光的偏振方向有关。所有实验证明用光波包电磁感应原理解释光电效应实验才是正确的光子论是错误的,波粒两象性更是谎谬!所谓的电子双缝干涉实验我认为是电子撞击双缝产生的衍生物,我们可以用不同材质的金属材料来做双缝中间隔栅两侧也用不同的金属看还能不能产生双缝干涉现象就知道。最简单的原因光的双缝干涉实验是不怕观察的,为什么电子双缝干涉怕观察?那是因为光的双缝干涉是真正的双缝干涉电子双缝干涉是假的双缝干涉。

  • 2025-05-01 09:35

    光的电磁波理论遇到最大的难题就是解释光电效应实验。我已经成功地用电磁感应原理完美地解释了光电效应实验。而且还完美地解释了假设的光子撞击电子为什么电子的逸出方与入射光方向无关的问题。而用偏振光做光电效应实验却对逸出电子的逸出方向相关!而且还能解释少量逸出电子的能量与入射光的能量成倍增加。而这些把光假设成粒子是无法解释光电效应的这些实验结果的。唯有用电磁感应原理来解释光电效应实验才能完美地解释这些实验结果。既然不存在“光量子”何来的量子通信?如果真的存在量子纠缠,那么用电子纠缠来做量子通信是最容易实现的。先制备一对纠缠态的电子把其中一个电子用导体移动到另一端(可以是1米或几万K米),然后测量其中一个电子的状态另一个电子的状态就确定了,这样就可以做出真正的量子通信了!而不是用激光来骗人了。目前世界上根本就没有人能做出真正的纠缠态电子对,所以只能用偏振光的交织说成是什么光子纠缠来骗人其实本质上还是激光通信。

  • 2024-11-25 19:07

    水是阴阳结合的产物,具有稳定性,如果全宇宙都是水,那就是人类的末日

  • 2024-11-01 23:12

    水之道,谁之道????[呲牙笑][呲牙笑]

  • 2024-11-24 08:59

    此项技术 最近最新的革命性的技术 可说…… 生命科学 医学 主动健康技术 被动医疗技术 主动康复知识诀窍……都会有应用

  • 2024-11-24 09:09

    发文作者很酷噶 总能为我们大家带来新知 谢谢了!勤奋的知了!

知新了了

简介:专注于新知、科普及趣闻的传播,日耕不辍,天天新鲜。