Οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι όμοια φορτία έλκονται μεταξύ τους σε μεγάλες αποστάσεις, σε μια προφανή αντίθεση με μια θεμελιώδη αρχή της Φυσικής. Για πρώτη φορά διατυπωμένη από τον Γάλλο φυσικό Charles-Augustin de Coulomb τον 18ο αιώνα, η φράση «τα αντίθετα έλκονται και τα όμοια φορτία απωθούνται» έχει γίνει μια οικεία έκφραση. Τώρα, μια νέα έρευνα περιπλέκει αυτή την εικόνα. Μια ομάδα ερευνητών διαπίστωσε ότι, σε ορισμένα υγρά, ισχύει το αντίθετο: Τα ομοιόμορφα φορτισμένα σωματίδια έλκονται!
«Επειδή τα ομοιόμορφα φορτισμένα αντικείμενα στο κενό αναμένεται να απωθούνται ανεξάρτητα από το αν το πρόσημο του φορτίου που φέρουν είναι θετικό ή αρνητικό, η προσδοκία είναι ότι τα ομοιόμορφα φορτισμένα σωματίδια σε διάλυμα πρέπει επίσης να απωθούνται μονοτονικά», γράφουν οι ερευνητές στην εργασία τους.
Για να ελέγξουν την υπόθεση, οι ερευνητές τοποθέτησαν φορτισμένα μικροσωματίδια διοξειδίου του πυριτίου (με πλάτος μόλις 5 μικρόμετρα, ένα κλάσμα του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας) μέσα σε νερό ή σε έναν από τους δύο τύπους αλκοόλης. Παρακολουθώντας τα φορτία με μικροσκόπιο, η ομάδα διαπίστωσε ότι, μέσα στο νερό, τα θετικά φορτισμένα σωματίδια απομακρύνονταν το ένα από το άλλο σύμφωνα με το νόμο του Coulomb. Ωστόσο, τα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια συμπεριφέρονταν εντελώς διαφορετικά: Συσσωρεύτηκαν σε μικροσκοπικές εξαγωνικές δομές. Το φαινόμενο αυτό εμφανίστηκε όταν το νερό έγινε ελαφρώς όξινο σε ένα εύρος pH μεταξύ 5 και 6,5, ή περίπου τόσο όξινο όσο ο καφές ή το γάλα, και εξαφανίστηκε εκτός αυτού του εύρους. Όταν τα θετικά φορτισμένα σωματίδια τοποθετήθηκαν μέσα σε αιθανόλη ή ισοπροπανόλη, είχε το αντίθετο αποτέλεσμα: Τα θετικά φορτία έλκονταν μεταξύ τους και τα αρνητικά απωθούνταν.
Για να εξηγήσουν την παράξενη συμπεριφορά, οι ερευνητές στράφηκαν σε μια θεωρία που είχαν αναπτύξει και η οποία μοντελοποιούσε το νερό ως μοριακό και όχι ως συνεχές μέσο. «Οι τυπικές εξισώσεις μας είναι εξισώσεις συνέχειας, δηλαδή δεν σέβονται την κοκκώδη φύση του συνεχούς», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Madhavi Krishnan, καθηγητής φυσικής Χημείας στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης. «Λειτουργεί τέλεια για τις περισσότερες περιπτώσεις, εκτός από τις περιπτώσεις όπου δεν ισχύει».
Μοντελοποιώντας τα μόρια του νερού ως μικροσκοπικά ηλεκτρομαγνητικά δίπολα, με ελαφρώς αρνητικό φορτίο στο άτομο του οξυγόνου και θετικό φορτίο γύρω από τα άτομα υδρογόνου, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μια «δύναμη ηλεκτροδιάλυσης» προκύπτει από την αλληλεπίδραση μεταξύ του αρνητικού οξυγόνου και των αρνητικών σωματιδίων πυριτίου. Αυτή η δύναμη μειώνει τη συνολική ενέργεια στο σύστημα αφού ένα πρωτόνιο έχει «πηδήξει» πάνω στα σωματίδια πυριτίας για να μειώσει το συνολικό αρνητικό φορτίο τους, και εμφανίζεται σε ένα διακριτό εύρος pH όταν τα πρωτόνια στο διάλυμα μπορούν να αλλάξουν θέση.
«Πρέπει να βρίσκεστε σε ένα εύρος pH όπου τα πρωτόνια θέλουν να ανεβοκατεβαίνουν», δήλωσε ο Krishnan. Στην αλκοόλη, το μοριακό δίπολο είναι ανεστραμμένο, με αποτέλεσμα η δύναμη να γίνεται αισθητή μεταξύ θετικών φορτίων, διαπίστωσε η ομάδα. Τώρα που το φαινόμενο έχει αποδειχθεί, οι ερευνητές θα το αξιοποιήσουν για την καλύτερη κατανόηση των βιομοριακών συμπυκνωμάτων, ενός τύπου κυτταρικού οργανιδίου που μπορεί να διαχωρίσει τις φάσεις του περιεχομένου ενός κυττάρου και του οποίου η λειτουργία είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση των ασθενειών.
«Θα με εξέπληττε αν η βασική υποκείμενη αρχή δεν είναι παρόμοια. Αν μπορούμε να συμβάλουμε στην κατανόηση αυτής της κατηγορίας προβλημάτων, τότε νομίζω ότι έχουμε προσθέσει μια αρκετά σημαντική έννοια, επειδή τέτοια φαινόμενα αναμένεται να είναι σημαντικά ακόμη και στις ανθρώπινες ασθένειες», δήλωσε ο Krishnan.
[via]
