Belgijski fizičari otkrili matematički ključ ponašanja vode u nanometarskim procjepima

Dvoje fizičara iz Antwerpena tvrdi da su pronašli matematički ključ za ponašanje vode koja se ne ponaša kao voda.

Mehdi Neek-Amal i Francois Peeters s belgijskog Sveučilišta u Antwerpenu objavili su u časopisu Review Letters rad koji objašnjava zašto voda stisnuta u procjep od svega nekoliko nanometara na električno polje reagira dvostruko — ovisno o smjeru iz kojeg polje dolazi. Kad se polje primijeni paralelno s ravninom sloja vode, odziv je više od deset puta jači nego u običnoj vodi. Kad se primijeni okomito, odziv gotovo nestaje.

To nije nova mjerna činjenica — eksperimenti su je pokazivali godinama. Novo je objašnjenje. Autori tvrde da razlika ne dolazi od geometrije uskog procjepa, kako se dosad mislilo, nego od kolektivnog gibanja molekula vode povezanih mrežom vodikovih veza.

Što su zapravo izračunali

Voda je dipol: kisik na jednom kraju molekule vuče elektrone od vodika, pa molekula ima pozitivan i negativan kraj. U običnoj vodi ti su dipoli razbacani u svim smjerovima i lako se okrenu kad se pojavi električno polje. U nanometarskom procjepu, međutim, molekule se počinju gibati skupno — vodikove veze ih drže povezanima, pa se grupe molekula okreću zajedno, u istom smjeru.

Model pokazuje da su te kolektivne fluktuacije pojačane duž ravnine vode, a potisnute okomito na nju. Iz toga proizlazi i razlika u dielektričnom odzivu. Rezultati se, tvrde autori, dobro poklapaju s eksperimentalnim podacima za širok raspon širina procjepa.

Praktična posljedica tiče se nanofluidike, membrana i svih sustava u kojima je voda stisnuta na nekoliko molekularnih slojeva. Ako se električna svojstva mogu predvidjeti iz molekularne organizacije, to mijenja način na koji se takvi uređaji projektiraju.

Pitanje koje autori nisu postavili

Ovdje je zanimljivo nešto drugo. Rad je nastao na sveučilištu u Belgiji, objavljen u američkom časopisu, a novac za takva istraživanja u pravilu dolazi iz europskih i nacionalnih fondova. Rezultat je javno dobro — znanje o tome kako se voda ponaša u nanostrukturama moglo bi jednog dana završiti u medicinskim filtrima, senzorima ili energetskim sustavima. No patentna prava na primjenu gotovo nikad ne ostaju u zemlji koja je istraživanje platila.

To je stara priča: javno financirana znanost, privatno prisvojena primjena. Belgija plaća sveučilišta i laboratorije, a onda uvozi gotove uređaje od multinacionalnih kompanija koje su znanje preuzele besplatno. Neek-Amal i Peeters nisu za to krivi — oni su odradili svoj dio posla. Ali ako država financira temeljna istraživanja, logično je da zadrži i pravo prvog iskorištavanja rezultata, umjesto da ga prepusti onome tko prvi stigne do patenta.

Isto vrijedi i za domaću znanost. Dok god se novac za istraživanje daje bez uvjeta da se rezultati i primjena vežu uz domaće gospodarstvo, svako otkriće — pa i ono o vodi u nanometarskom procjepu — završit će tamo gdje je kapital, a ne tamo gdje je uložen rad.