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世界播報:機(jī)器學(xué)習(xí)助力更好理解水的行為

2022-12-20 09:50:58


(資料圖)

科技日報北京12月19日電 (記者劉霞)美國一個研究團(tuán)隊在最新一期《物理評論快報》上刊發(fā)論文稱,他們借助機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來理解水在零下100℃的行為。最新研究不僅能讓科學(xué)家更好地理解水,也為更好地從理論上理解各種物質(zhì)開辟了更多途徑。

水是人們最熟悉、接觸最頻繁的物質(zhì)之一,但實際上它還有很多未解之謎。在過去30年里,科學(xué)家們從理論上認(rèn)為,當(dāng)冷卻到零下100℃這樣的極低溫度時,水可能會分離成兩種不同密度的液相,且這兩種液相就像油和水一樣不相容,這可能有助于解釋水的一些奇怪行為,比如其為何會隨著冷卻而變得不那么致密。

但在實驗室里幾乎不可能研究上述現(xiàn)象,因為水在如此低的溫度下很快就會結(jié)晶成冰。在本研究中,美國佐治亞理工學(xué)院和普林斯頓大學(xué)的科學(xué)家求助于機(jī)器學(xué)習(xí)模型,發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)有力的計算證據(jù),支持水的液—液相變。

研究人員在超級計算機(jī)上進(jìn)行了分子模擬。他們分析了水分子如何移動,并在不同水溫和壓力下表征了液體結(jié)構(gòu),模擬了高密度和低密度液體之間的相分離。他們還使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法計算了水分子之間相互作用的能量,該模型執(zhí)行計算的速度明顯快于傳統(tǒng)技術(shù),從而使模擬能更有效地進(jìn)行。

測試的一些條件非常極端,這些條件并不天然存在于地球上,但可能存在于太陽系的各種水環(huán)境——從木衛(wèi)二海洋到彗星中心的水中。因此,這些發(fā)現(xiàn)也可幫助研究人員更好地解釋和預(yù)測水的奇怪和復(fù)雜的物理化學(xué)特性,為水在工業(yè)過程中的使用提供更有意義的信息,也有助科學(xué)家開發(fā)出更好的氣候模型。

研究人員指出,這是第一次能夠以這種精度研究水的相變,機(jī)器學(xué)習(xí)方法可擴(kuò)展到研究其他難以模擬的材料(如聚合物)和化學(xué)反應(yīng)等復(fù)雜現(xiàn)象。

標(biāo)簽: 機(jī)器學(xué)習(xí)

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