İnsanlığın ve yeryüzündeki tüm biyolojik yaşamın ana kaynağı olan su, fiziksel kimya ve kuantum mekaniği dünyasında eşi benzeri görülmemiş bir bilimsel keşfe sahne oldu. Bugüne kadar sadece tek bir homojen sıvı kimliğiyle kabul edilen suyun, aslında mikroskobik düzeyde sürekli birbirinin yerine geçen yüksek yoğunluklu ve düşük yoğunluklu iki sinsi akışkanın karışımı olduğu laboratuvar verileriyle tescillendi. Hong Kong Şehir Üniversitesi’nde yürütülen ve uluslararası saygınlığa sahip Nature Physics dergisinde yayımlanan yapay zeka destekli boylamsal araştırma, suyun evrendeki tüm diğer sıvılardan ayrılan sinsi ve anomalilerle dolu fiziksel davranışlarının arkasındaki sır perdesini nihai olarak aralamayı başardı.
İKİ DURUMLU HİPOTEZ TESCİLLENDİ: SUYUN FİZİK YASALARINA KARŞI SİNSİ İSYANI
Termodinamik literatürüne göre evrendeki neredeyse tüm sıvılar soğudukça hacimsel olarak daralır ve daha yoğun hale gelir. Ancak su, bu temel doğa yasasına sinsi bir biçimde isyan ederek +4 santigrat dereceye kadar yoğunlaşır, bu eşikten sonra ise genleşmeye başlar. Buzun su üzerinde yüzmesini sağlayan, göllerin dipten değil üstten donarak su altı yaşamını koruyan bu anomali, 30 yılı aşkın süredir bilim dünyasında teorik bir hipotez olarak tartışılıyordu.
Fiziksel Kimyager Prof. Dr. Xiao Cheng Zeng liderliğindeki araştırma ekibi, suyun sıcaklık değişimlerine karşı gösterdiği ekstrem direncin ve yüksek basınç altında akışkanlık direncinin (viskozite) sinsi bir şekilde düşmesinin arkasında bu iki durumlu moleküler mimarinin yattığını kanıtladı. Bilim insanları, su moleküllerinin saniyeler içinde sinsi bir geometrik dönüşüm geçirerek daha sıkı bir moleküler düzen ile daha gevşek bir örgü yapısı arasında amansız bir salınım gerçekleştirdiğini saptadı.
10 YILLIK ANALİZ YAPAY ZEKAYLA BİR BUÇUK YILDA ÇÖZÜLDÜ: DENETİMSİZ DERİN ÖĞRENME ZAFERİ
Sıradan laboratuvar cihazlarının ve insan gözünün tespit edemeyeceği bu sinsi dönüşüm hızını yakalayabilmek adına araştırmacılar, kuantum bilişim ve ileri bilgisayar mühendisliği altyapısını kullandı. Doktora sonrası araştırmacı Liwen Li tarafından geliştirilen "denetimsiz derin öğrenme" algoritması, sisteme neyi araması gerektiği söylenmeden milyonlarca moleküler veri kümesini siber bir titizlikle taramaya programlandı.
GROMACS simülasyon paketleri üzerinden yüz binlerce su molekülünün anlık hareket haritasını çıkaran yapay zeka modeli, on milyonlarca karmaşık veri noktasını işleyerek sinsi dönüşümün "reaksiyon koordinatlarını" damıtmayı başardı. Prof. Dr. Zeng, geleneksel yöntemlerle onlarca akademik kadronun ve yüzlerce öğrencinin neredeyse 10 yıllık kesintisiz çalışmasıyla ulaşılabilecek bu kuantum kimyası haritasının, yapay zekanın siber işlem gücü sayesinde sadece bir buçuk yılda hatasız olarak tescil edildiğini vurguladı. Algoritma, su moleküllerinin yoğun yapıdan gevşek yapıya geçerken aşmak zorunda olduğu enerji bariyerlerinin ve eyer noktalarının mikroskobik konumlarını tek tek deşifre etti.
MOLEKÜLER ENERJİ DAĞINDAKİ SİNSİ DÖNÜŞÜM: YARI VE TAM DÖNGÜ YOLLARI
Klinik veri modellerinde su moleküllerinin birbirine dönüşürken izlediği yolların, ortamdaki fiziksel koşullara göre sinsi bir esneklik sergilediği saptandı. Normal şartlar altında bu geçiş, moleküllerin tek bir enerji bariyerini aştığı "yarı döngü" (semi-loop) rotası üzerinden doğrusal bir seyir izliyor.
Ancak suyun sıvı formu ile buz kristallerinin 0 santigrat derecede (32 Fahrenheit) sınırda bir arada bulunduğu o sinsi kritik eşiğe gelindiğinde, moleküller üç ayrı enerji bariyerinden oluşan son derece dolambaçlı bir "tam döngü" (full-loop) patikasını kullanmaya başlıyor. Prof. Dr. Zeng bu sinsi kuantum mekanizmasını, "Ortadan ikiye kesilmiş bir dağda yürümek gibidir; normalde dağcılar yumuşak eğimli yamacı (yarı döngü) kullanır. Ancak iki yarının birleştiği o sınır çizgisine gelindiğinde dağ bir bütün olur ve moleküller tüm zirvenin etrafını dolaşmak (tam döngü) zorunda kalır" analojisiyle açıkladı.
Biyolojik hücre fonksiyonlarının, damar içi sıvı dinamiklerinin ve milyar dolarlık farmasötik ilaç sanayisinin neredeyse tamamının sulu çözeltiler içinde gerçekleştiğini hatırlatan uzmanlar, bu sinsi moleküler yapının Pacific Northwest Ulusal Laboratuvarı gibi üst düzey tıp enstitülerinde spektroskopik olarak tamamen doğrulanmasının ardından, enjekte edilebilir akıllı ilaçların hücre zarıyla olan etkileşimlerinde yepyeni bir siber tedavi çağının başlayacağını önemle belirtiyor.
