الذكاء الاصطناعي يحلّ لغز الخصائص الغريبة للماء في درجات التبريد القصوى

وظّف باحثو جامعة أوساكا شبكةً عصبيةً اصطناعيةً لتقييم 16 مؤشراً بنيوياً للماء فائق التبريد وتحديد أكثرها قدرةً على وصف التحولات الهيكلية الكامنة وراء سلوكه الغريب.

تحرير
ألمعي · هيئة التحرير
النشر
٩ يوليو ٢٠٢٦
المصدر
ScienceDaily
القراءات
٠
الوقت
قراءة دقيقتين
ذكاء اصطناعي يحلل البنية الجزيئية للماء فائق التبريد

يكسو سطح كوكب الأرض ما لا يقل عن 71% من مياه، غير أن هذه المادة الشائعة لا تزال تُخفي في طياتها أسراراً فيزيائية تستعصي على الفهم الكامل. فالماء يتمدد عند تجمده بدلاً من أن ينكمش كما تفعل معظم السوائل، وهذا الشذوذ وحده انبثق عنه بحوث علمية لا تُحصى. والآن، وظّف علماء من جامعة أوساكا اليابانية الذكاء الاصطناعي للإجابة عن سؤال محوري: ما أفضل الأدوات الوصفية لفهم البنية الجزيئية للماء في ظروفه الأشد غرابة؟

نُشرت الدراسة في مجلة Communications Chemistry، وتتمحور حول الماء فائق التبريد، وهو ماء يظل سائلاً في درجات حرارة دون الصفر المئوي حين تغيب مواقع التنوّي البلوري. يُبدي الماء في هذه الحالة سلوكاً أشد غرابةً مما يُبديه في درجات حرارته الاعتيادية، ويعزوه الباحثون إلى توازن دقيق بين حالتَين سائلتَين متنافستَين: السائل عالي الكثافة والسائل منخفض الكثافة.

المشكلة التي واجهها العلماء تاريخياً أن الباحثين اقترحوا على مرّ السنين عشرات الأوصاف الجزيئية لقياس كيفية ترتّب جزيئات الماء محلياً، لكن لم يكن ثمة إطار موضوعي لمقارنة هذه الأوصاف أو تحديد أيها أكثر قدرةً على الكشف عن ديناميكيات البنية.

لمعالجة هذه الثغرة، درّب الفريق الياباني شبكةً عصبيةً اصطناعية على بيانات محاكاة الديناميكيات الجزيئية للماء فائق التبريد. وتعلّمت الشبكة التمييز بين السائل عالي الكثافة والسائل منخفض الكثافة في درجات حرارة مختلفة عبر التكرار والتصحيح الذاتي. بعد ذلك، قيّم الباحثون 16 مؤشراً بنيوياً مقترحاً سلفاً في الأدبيات العلمية وحددوا أيها يُمكّن الشبكة العصبية من أداء التمييز بأعلى دقة وأقل تعقيد.

توصّل الفريق إلى أن المؤشرات المرتبطة بالترتيب رباعي الأوجه للروابط الهيدروجينية بين الجزيئات تُسجّل أداءً أعلى من نظيراتها في الكشف عن الاختلافات البنيوية. وهذا الاكتشاف يُعيد توجيه الأبحاث المستقبلية نحو التركيز على هذا النمط من الوصف دون إهدار موارد على مؤشرات أقل أهمية.

تتجاوز أهمية هذه النتائج حدود الفضول العلمي؛ إذ تُسهم في فهم لماذا يتصرف الماء على النحو الذي يتصرف به عند درجات الحرارة المنخفضة، وهو أمر ذو صلة مباشرة بمجالات متعددة: من علم المواد وكيمياء التفاعلات البيولوجية في درجات حرارة منخفضة، إلى حفظ الخلايا الحية في البيوبنكات والأبحاث الجيوفيزيائية المتعلقة بالمحيطات والأنهار الجليدية.

لا تنفصل هذه النتائج عن أولويات العالم العربي؛ فستة عشر دولةً عربية تعاني شُحّاً مائياً حاداً بحسب تقارير الأمم المتحدة، وتعتمد دول الخليج على محطات التحلية لتأمين أكثر من 70% من احتياجاتها المائية. يُعمّق فهم الخصائص الفيزيائية للماء في درجات الحرارة المتطرفة قدرةَ المهندسين العرب على تحسين كفاءة محطات التحلية وأنظمة تخزين المياه، وهي أولويات استراتيجية تتصدر مستهدفات رؤية السعودية 2030 وخطط التنمية المائية الإماراتية.

تُجسّد هذه الدراسة نمطاً متكرراً في العلوم المعاصرة: حين تعجز أساليب التحليل التقليدية عن حسم نقاشات منهجية قائمة بين العلماء، يأتي التعلم الآلي ليضطلع بدور الحَكَم الموضوعي القادر على استيعاب البيانات الضخمة وتقديم إجابات تقوم على الأدلة لا على الحدس.

المصدر الأصلي
ScienceDaily
قراءة المقال الأصلي ↗
قصة اليوم · كل صباح

أعجبك التقرير؟ استلم واحداً كل صباح.

قصةٌ تقنية واحدة تستحقّ وقتك، بالعربية. بلا إعلانات، بلا إزعاج.

بلا إعلانات · إلغاء الاشتراك بنقرة واحدة · بياناتك آمنة

اقرأ أيضًا

المزيد من ذكاء اصطناعي

تصوير لوجبة صحية مع مقياس ميزان وتمثيل لتحدي إدارة الوزن

الدماغ مُبرمج لاسترداد الوزن الزائد: لماذا تفشل الحميات على المدى البعيد؟

علماء يُبيّنون أن الدماغ البشري يعامل الوزن السابق كـ«نقطة صواب» ويحفّز الجسم لاسترداده عبر آليات بيولوجية متطورة، مما يُفسّر لماذا تفشل معظم الحميات على المدى البعيد.

ScienceDaily
أعشاب بحرية وطحالب عائمة في المحيط الأطلسي

الذكاء الاصطناعي يرصد انتشاراً مقلقاً للطحالب في محيطات العالم بمعدل 13% سنوياً

تحليل 1.2 مليون صورة فضائية بالذكاء الاصطناعي يكشف تمدداً غير مسبوق للطحالب الكبيرة في المحيطات منذ عقدين، مع تداعيات بيئية واقتصادية خطيرة على السواحل.

ScienceDaily
كوكب المريخ مع تصوير فني للرياح الشمسية تسرق غلافه الجوي

موجات عملاقة تسرق غلاف المريخ الجوي وتُلقيه في الفضاء

بيانات مسبارَي MAVEN وتيانوان-1 تكشف كيف تُولّد الرياح الشمسية موجات ضخمة تنتزع جزيئات الغلاف الجوي لكوكب المريخ، مما يُلقي ضوءاً على لغز تحوّله من كوكب ربما كان صالحاً للحياة.

ScienceDaily
سطح القمر مع ظهور فوهات القطب الجنوبي في الظل الدائم

الزلازل القمرية قد تكشف عن مخزون مياه خفي تحت سطح القمر

باحثون يثبتون أن الموجات الزلزالية يمكنها الكشف عن طبقات الجليد القمري المختبئة في باطن القمر، مما قد يُيسّر إمداد رواد الفضاء بالمياه والوقود في مهمات الاستكشاف القادمة.

ScienceDaily
تصور بصري لموقع مفاعل Valar Atomics النووي المعياري الصغير

«فالار أتومكس» تجمع مليار دولار للمفاعلات النووية الصغيرة بشراكة إنفيديا

شركة Valar Atomics لتطوير المفاعلات النووية المعيارية الصغيرة تُغلق جولة تمويل بمليار دولار بتقييم ستة مليارات دولار، إثر نجاحها في تشغيل أنظمة إنفيديا بمفاعلها التجريبي.

TechCrunch
تصوير فني لآلة ذكاء اصطناعي تبحث عن مسارات بديلة لتحقيق أهدافها

لماذا يكذب الذكاء الاصطناعي ويحتال على البشر لبلوغ أهدافه؟

باحثون يكشفون عن ظاهرة «اختراق المكافأة»: حين تجد أنظمة الذكاء الاصطناعي طرقاً خاطئة لتحقيق أهدافها عوضاً عن حل المشكلة الحقيقية.

MIT Technology Review
الذكاء الاصطناعي يحلّ لغز الخصائص الغريبة للماء في درجات التبريد القصوى — ألمعي