Atom de hidrogen captând nori de electroni. Și deși fizicienii moderni pot determina chiar forma unui proton cu ajutorul acceleratorilor, atomul de hidrogen, aparent, va rămâne cel mai mic obiect, a cărui imagine are sens să o numim o fotografie. Lenta.ru prezintă o privire de ansamblu metode moderne fotografierea microcosmosului.
Strict vorbind, aproape că nu a mai rămas nicio fotografie obișnuită în aceste zile. Imaginile pe care le numim în mod obișnuit fotografii și care pot fi găsite, de exemplu, în orice eseu foto Lenta.ru, sunt de fapt modele pe computer. O matrice sensibilă la lumină într-un dispozitiv special (în mod tradițional este încă numită „camera”) determină distributie spatiala intensitatea luminii în mai multe intervale spectrale diferite, electronica de control stochează aceste date în formă digitală, iar apoi un alt circuit electronic, pe baza acestor date, comandă tranzistoarele din afișajul cu cristale lichide. Film, hârtie, soluții speciale pentru prelucrarea lor - toate acestea au devenit exotice. Și dacă ne amintim sensul literal al cuvântului, atunci fotografia este „pictură în lumină”. Deci, ce să spun că oamenii de știință au reușit a fotografia un atom, este posibil doar cu o cantitate suficientă de convenționalitate.
Mai mult de jumătate din toate imaginile astronomice au fost realizate mult timp de telescoape în infraroșu, ultraviolete și cu raze X. Microscoapele electronice iradiază nu cu lumină, ci cu un fascicul de electroni, în timp ce microscoapele cu forță atomică scanează relieful probei cu un ac. Există microscoape cu raze X și scanere de imagistică prin rezonanță magnetică. Toate aceste dispozitive ne oferă imagini precise ale diferitelor obiecte și, în ciuda faptului că, desigur, nu este necesar să vorbim aici de „pictură în lumină”, totuși ne permitem să numim astfel de imagini fotografii.
Experimentele fizicienilor pentru a determina forma unui proton sau distribuția quarcilor în interiorul particulelor vor rămâne în spatele scenei; povestea noastră se va limita la scara atomilor.
Optica nu îmbătrânește niciodată
După cum sa dovedit în a doua jumătate a secolului al XX-lea, microscoapele optice mai au loc de dezvoltat. Un moment decisiv în cercetarea biologică și medicală a fost apariția coloranților fluorescenți și a metodelor care permit etichetarea selectivă a anumitor substanțe. Nu a fost „doar vopsea nouă”, a fost o adevărată revoluție.
Contrar concepției greșite obișnuite, fluorescența nu este deloc o strălucire în întuneric (cea din urmă se numește luminescență). Acesta este fenomenul de absorbție a cuantelor unei anumite energii (să zicem, lumină albastră) urmat de emisia altor cuante de energie inferioară și, în consecință, o lumină diferită (când albastrul este absorbit, verde va fi emis). Dacă puneți un filtru care permite trecerea doar a cuantelor emise de colorant și blochează lumina care provoacă fluorescența, puteți vedea un fundal întunecat cu pete strălucitoare de coloranți, iar coloranții, la rândul lor, pot colora proba extrem de selectiv .
De exemplu, puteți colora citoscheletul unei celule nervoase în roșu, evidențiați sinapsele în verde și evidențiați nucleul în albastru. Puteți face o etichetă fluorescentă care vă va permite să detectați receptorii proteici de pe membrană sau moleculele sintetizate de celulă în anumite condiții. Metoda de colorare imunohistochimică a revoluționat știința biologică. Și când inginerii genetici au învățat cum să facă animale transgenice cu proteine fluorescente, această metodă a experimentat o renaștere: de exemplu, șoarecii cu vopsiți în Culori diferite neuronii.
În plus, inginerii au venit cu (și au practicat) o metodă de așa-numită microscopie confocală. Esența sa constă în faptul că microscopul se concentrează pe un strat foarte subțire, iar o diafragmă specială taie lumina creată de obiectele din afara acestui strat. Un astfel de microscop poate scana secvențial o probă de sus în jos și poate obține un teanc de imagini, care este o bază gata făcută pentru un model tridimensional.
Utilizarea laserelor și a sistemelor sofisticate de control al fasciculului optic a făcut posibilă rezolvarea problemei decolorării și uscării probelor biologice delicate sub lumină puternică: fasciculul laser scanează proba numai atunci când este necesar pentru imagistică. Și pentru a nu pierde timp și efort la examinarea unui preparat mare printr-un ocular cu un câmp vizual îngust, inginerii au propus un sistem de scanare automată: puteți pune un pahar cu o probă pe scena obiectului unui microscop modern și dispozitivul va captura independent o panoramă la scară largă a întregului eșantion. În același timp, în locurile potrivite, se va concentra, apoi va lipi multe rame împreună.
Unele microscoape pot găzdui șoareci vii, șobolani sau cel puțin nevertebrate mici. Altele dau o ușoară creștere, dar sunt combinate cu un aparat cu raze X. Pentru a elimina interferența vibrațiilor, multe sunt montate pe mese speciale care cântăresc câteva tone în interior, cu un microclimat atent controlat. Costul unor astfel de sisteme depășește costul altor microscoape electronice, iar competițiile pentru cel mai frumos cadru au devenit de mult o tradiție. În plus, îmbunătățirea opticii continuă: de la căutarea celor mai bune tipuri de sticlă și selectarea combinațiilor optime de lentile, inginerii au trecut la modalități de focalizare a luminii.
Am enumerat în mod special o serie de detalii tehnice pentru a arăta: progresul în domeniul cercetare biologică a fost mult timp asociat cu progresul în alte domenii. Dacă nu ar exista computere capabile să numere automat numărul de celule colorate din câteva sute de fotografii, supermicroscoapele ar fi de puțin folos. Și fără coloranți fluorescenți, toate milioanele de celule ar fi imposibil de distins unele de altele, așa că ar fi aproape imposibil să urmărești formarea altora noi sau moartea celor vechi.
De fapt, primul microscop a fost o clemă cu o lentilă sferică atașată la ea. Un analog al unui astfel de microscop poate fi o simplă carte de joc cu o gaură făcută în ea și o picătură de apă. Potrivit unor rapoarte, astfel de dispozitive au fost folosite de mineri de aur din Kolyma deja în secolul trecut.
Dincolo de limita de difracție
Microscoapele optice au un dezavantaj fundamental. Faptul este că este imposibil să restabiliți forma acelor obiecte care s-au dovedit a fi mult mai mici decât lungimea de undă din forma undelor luminoase: puteți încerca la fel de bine să examinați textura fină a materialului cu mâna într-un mănușă groasă de sudare.
Limitările create de difracție au fost parțial depășite și fără a încălca legile fizicii. Două circumstanțe ajută microscoapele optice să se scufunde sub bariera de difracție: faptul că, în timpul fluorescenței, cuantele sunt emise de molecule individuale de colorant (care pot fi destul de îndepărtate unele de altele) și faptul că prin suprapunerea undelor luminoase este posibil să se obțină o lumină strălucitoare. punct cu un diametru mai mic decât lungimea de undă.
Atunci când sunt suprapuse unele peste altele, undele luminoase sunt capabile să se anuleze reciproc, prin urmare, parametrii de iluminare ai probei sunt astfel încât cea mai mică zonă posibilă se încadrează în regiunea luminoasă. În combinație cu algoritmi matematici care pot, de exemplu, să înlăture fantoma, o astfel de iluminare direcțională oferă o îmbunătățire dramatică a calității imaginii. Devine posibil, de exemplu, să se examineze structurile intracelulare cu un microscop optic și chiar (combinând metoda descrisă cu microscopia confocală) să se obțină imaginile lor tridimensionale.
Microscopul electronic înaintea instrumentelor electronice
Pentru a descoperi atomi și molecule, oamenii de știință nu au fost nevoiți să le privească - teoria moleculară nu avea nevoie să vadă obiectul. Dar microbiologia a devenit posibilă numai după inventarea microscopului. Prin urmare, la început, microscoapele au fost asociate tocmai cu medicina și biologia: fizicieni și chimiști care au studiat obiecte mult mai mici gestionate prin alte mijloace. Când au vrut să se uite și la microcosmos, limitările de difracție au devenit o problemă serioasă, mai ales că metodele de microscopie cu fluorescență descrise mai sus erau încă necunoscute. Și nu are niciun sens să măresc rezoluția de la 500 la 100 de nanometri dacă obiectul care trebuie luat în considerare este și mai mic!
Știind că electronii se pot comporta atât ca undă, cât și ca particule, fizicienii din Germania au creat o lentilă de electroni în 1926. Ideea care stă la baza acesteia era foarte simplă și de înțeles pentru orice școlar: deoarece câmpul electromagnetic deviază electronii, poate fi folosit pentru a schimba forma fasciculului acestor particule trăgându-le în direcții diferite sau, dimpotrivă, pentru a reduce diametrul fasciculului. Cinci ani mai târziu, în 1931, Ernst Ruska și Max Knoll au construit primul microscop electronic din lume. În dispozitiv, proba a fost mai întâi iluminată de un fascicul de electroni, iar apoi lentila de electroni a extins fasciculul care a trecut înainte de a cădea pe un ecran luminiscent special. Primul microscop a dat doar o mărire de 400 de ori, dar înlocuirea luminii cu electroni a deschis calea fotografierii cu mărire de sute de mii de ori: designerii nu au trebuit decât să depășească câteva obstacole tehnice.
Microscopul electronic a făcut posibilă examinarea structurii celulelor într-o calitate care anterior nu era atinsă. Dar din această imagine este imposibil să înțelegem vârsta celulelor și prezența anumitor proteine în ele, iar această informație este foarte necesară pentru oamenii de știință.
Microscoapele electronice permit acum fotografii în prim plan ale virușilor. Există diverse modificări ale dispozitivelor care permit nu numai să strălucească prin secțiuni subțiri, ci și să le considere în „lumină reflectată” (în electroni reflectați, desigur). Nu vom vorbi în detaliu despre toate opțiunile pentru microscoape, dar observăm că recent cercetătorii au învățat cum să restabilească o imagine dintr-un model de difracție.
Atinge, nu vezi
O altă revoluție a venit în detrimentul unei noi abateri de la principiul „luminează și vezi”. Un microscop cu forță atomică, precum și un microscop cu scanare tunel, nu mai strălucește pe suprafața probelor. În schimb, un ac deosebit de subțire se mișcă pe suprafață, care sări literalmente chiar și pe denivelări de dimensiunea unui singur atom.
Fără a intra în detaliile tuturor acestor metode, observăm principalul lucru: acul unui microscop tunel nu poate fi mutat numai de-a lungul suprafeței, ci și folosit pentru a rearanja atomii dintr-un loc în altul. Așa creează oamenii de știință inscripții, desene și chiar desene animate în care un băiat desenat se joacă cu un atom. Un adevărat atom de xenon târât de vârful unui microscop de scanare tunel.
Se numește microscop tunel pentru că folosește efectul curentului de tunel care curge prin ac: electronii trec prin golul dintre ac și suprafață din cauza efectului prezis. mecanica cuantică efect de tunel. Acest dispozitiv necesită un vid pentru a funcționa.
Microscopul cu forță atomică (AFM) este mult mai puțin solicitant în condițiile de mediu - poate funcționa (cu o serie de limitări) fără pomparea aerului. Într-un fel, AFM este succesorul nanotehnologic al gramofonului. Un ac montat pe un suport cantilever subțire și flexibil ( cantileverși există un „suport”), se deplasează de-a lungul suprafeței fără a-i aplica tensiune și urmărește relieful probei în același mod în care acul de gramofon urmează canelurile unei discuri de gramofon. Îndoirea cantileverului face ca oglinda fixată pe aceasta să devieze, oglinda deviază fasciculul laser, iar acest lucru face posibilă determinarea foarte precisă a formei probei studiate. Principalul lucru este să aveți un sistem destul de precis pentru deplasarea acului, precum și o sursă de ace care trebuie să fie perfect ascuțite. Raza de curbură la vârfurile unor astfel de ace nu poate depăși un nanometru.
AFM vă permite să vedeți atomi și molecule individuali, dar, ca un microscop tunel, nu vă permite să priviți sub suprafața probei. Cu alte cuvinte, oamenii de știință trebuie să aleagă între a putea vedea atomii și a putea studia întregul obiect. Cu toate acestea, chiar și pentru microscoapele optice, interiorul probelor studiate nu este întotdeauna accesibil, deoarece mineralele sau metalele transmit de obicei lumina slab. În plus, există încă dificultăți în fotografiarea atomilor - aceste obiecte apar ca simple bile, forma norilor de electroni nu este vizibilă în astfel de imagini.
Radiația sincrotron, care are loc în timpul decelerației particulelor încărcate dispersate de acceleratoare, face posibilă studierea rămășițelor pietrificate ale animalelor preistorice. Prin rotirea probei sub raze X, putem obține tomograme tridimensionale - așa, de exemplu, a fost găsit creierul în interiorul craniului de pește care a dispărut acum 300 de milioane de ani. Puteți face fără rotație dacă înregistrarea radiației transmise se face prin fixarea razelor X împrăștiate din cauza difracției.
Și acestea nu sunt toate posibilitățile pe care le deschid razele X. Când sunt iradiate cu acesta, multe materiale fluoresc, iar natura fluorescenței poate fi utilizată pentru a determina compoziție chimică substanțe: în acest fel, oamenii de știință colorează artefacte antice, operele lui Arhimede șterse în Evul Mediu sau colorează penele păsărilor de mult dispărute.
Atomi care prezintă
Pe fundalul tuturor posibilităților oferite de metodele cu raze X sau fluorescență optică, un nou mod de a fotografia atomii individuali nu mai pare o descoperire atât de mare în știință. Esența metodei care a făcut posibilă obținerea imaginilor prezentate în această săptămână este următoarea: electronii sunt smulși din atomii ionizați și trimiși la un detector special. Fiecare act de ionizare scoate un electron dintr-o anumită poziție și dă un punct pe „fotografie”. După ce au acumulat câteva mii de astfel de puncte, oamenii de știință au format o imagine care arată cele mai probabile locuri pentru găsirea unui electron în jurul nucleului unui atom, iar acesta, prin definiție, este un nor de electroni.
În concluzie, să spunem că abilitatea de a vedea atomii individuali cu norii lor de electroni este mai mult ca o cireșă pe turta microscopiei moderne. Era important pentru oamenii de știință să studieze structura materialelor, să studieze celulele și cristalele, iar dezvoltarea tehnologiilor rezultate din aceasta a făcut posibilă atingerea atomului de hidrogen. Orice mai puțin este deja sfera de interes a specialiștilor în fizica particulelor elementare. Iar biologii, oamenii de știință din materiale și geologii au încă loc să îmbunătățească microscoapele chiar și cu o mărire destul de modestă în comparație cu atomii. Experții în neurofiziologie, de exemplu, își doresc de mult timp să aibă un dispozitiv care să poată vedea celulele individuale în interiorul unui creier viu, iar creatorii roverelor și-ar vinde sufletul pentru un microscop electronic care să se potrivească la bord. nava spatialași ar putea lucra pe Marte.
Vă invităm să evaluați pozele cu finaliștii care susțin titlul de „Fotograful Anului” de către Royal Photographic Society. Câștigătorul va fi anunțat pe 7 octombrie, iar expoziția cele mai bune lucrări va avea loc în perioada 7 octombrie - 5 ianuarie la Muzeul Științei din Londra.
Ediția PM
Structura cu balon de săpun de Kim Cox
Baloanele de săpun optimizează spațiul din interiorul lor și minimizează suprafața lor pentru un anumit volum de aer. Acest lucru le face un obiect de studiu util în multe domenii, în special, în domeniul științei materialelor. Pereții bulelor par să curgă în jos sub acțiunea gravitației: sunt subțiri în partea de sus și groși în partea de jos.
„Marcarea pe moleculele de oxigen” de Yasmine Crawford
Imaginea face parte din ultimul proiect major al autorului pentru o diplomă de master în fotografie la Universitatea Falmouth, unde s-a concentrat pe encefalomielita mialgică. Crawford spune că creează imagini care ne conectează la ambiguu și la necunoscut.
„Calm of eternity”, autorul Evgeny Samuchenko
Poza a fost făcută în Himalaya, pe lacul Gosaikunda, la o altitudine de 4400 de metri. Calea Lactee este o galaxie care o include pe a noastră. sistem solar: o dâră slabă de lumină pe cerul nopții.
„Confused Flour Beetle” de David Spears
Acest mic gândac dăunător infestează cerealele și produsele din făină. Imaginea a fost făcută cu o micrografie electronică cu scanare și apoi colorată în Photoshop.
Nebuloasa Americii de Nord de Dave Watson
Nebuloasa Americii de Nord NGC7000 este o nebuloasă cu emisie din constelația Cygnus. Forma nebuloasei seamănă cu forma Americii de Nord - puteți vedea chiar și Golful Mexic.
Gândacul de cerb de Victor Sikora
Fotograful a folosit microscopia ușoară cu o mărire de cinci ori.
Telescopul Lovell de Marge Bradshaw
„Am fost fascinat de telescopul Lovell de la Jodrell Bank de când l-am văzut într-o excursie școlară”, spune Bradshaw. Ea a vrut să facă câteva fotografii mai detaliate pentru a-i arăta ținuta.
„Meduze cu capul în jos” de Mary Ann Chilton
În loc să înoate, această specie își petrece timpul pulsand în apă. Culoarea meduzelor este rezultatul consumului de alge.
Până acum, oamenii de știință puteau presupune doar prezența structurilor moleculare. Astăzi, cu ajutorul microscopiei cu forță atomică, legăturile atomice individuale (fiecare de câteva zeci de milionatimi de milimetru lungime) care leagă o moleculă (26 de atomi de carbon și 14 atomi de hidrogen) pot fi văzute destul de clar.
Inițial, echipa a vrut să lucreze cu structuri realizate din grafen, un material cu un singur strat în care atomii de carbon sunt aranjați în modele hexagonale. Formând faguri de carbon, atomii sunt rearanjați dintr-un lanț liniar în hexagoane; această reacție poate produce mai multe molecule diferite.
Felix Fischer, un chimist la Universitatea din California din Berkeley, și colegii săi au vrut să vizualizeze moleculele pentru a se asigura că au reușit să fie corect.
O moleculă inelată, care conține carbon, prezentată înainte și după reorganizare cu cei mai obișnuiți doi produși de reacție la temperaturi de peste 90 de grade Celsius. Dimensiune: 3 angstroms sau trei până la zece miliarde de metru diametru.
Pentru a documenta rețeta de grafen, Fisher avea nevoie de un dispozitiv de imagistică puternic și a apelat la un microscop cu forță atomică pe care îl avea Michael Crommie de la laboratorul Universității din California.
Microscopia cu forță atomică fără contact (NC-AFM) folosește un senzor foarte subțire și sensibil pentru a detecta forța electrică generată de molecule. Vârful se mișcă aproape de suprafața moleculei, fiind deviat de diferite sarcini, creând o imagine a modului în care se mișcă atomii.
Vârful cu un singur atom al unui microscop cu forță atomică fără contact „sondează” suprafața cu un ac ascuțit. Acul se deplasează de-a lungul suprafeței obiectului studiat, la fel cum acul fonografului trece prin canelurile unei discuri. Pe lângă atomi, este posibilă „sondarea” legăturilor atomice
Deci, echipa a reușit nu numai să vizualizeze atomii de carbon, ci și legăturile dintre ei create de electronii împărtășiți. Ei au plasat structuri inele de carbon pe o placă de argint și au încălzit-o pentru a reorganiza molecula. Produșii de reacție refrigerați au conținut trei produse neașteptate și doar o moleculă așteptată de oamenii de știință.
Fizicienii din Statele Unite au reușit să captureze atomi individuali într-o fotografie cu o rezoluție record, relatează Day.Az cu referire la Vesti.ru
Oamenii de știință de la Universitatea Cornell din Statele Unite au reușit să captureze atomi individuali într-o fotografie cu o rezoluție record de mai puțin de jumătate de angstrom (0,39 Å). Fotografiile anterioare aveau jumătate din rezoluție - 0,98 Å.
Microscoapele electronice puternice care pot vedea atomii există de o jumătate de secol, dar rezoluția lor este limitată de lungimea de undă mare a luminii vizibile, care este mai mare decât diametrul unui atom mediu.
Prin urmare, oamenii de știință folosesc un fel de analog de lentile care focalizează și măresc imaginea la microscoapele electronice - sunt un câmp magnetic. Cu toate acestea, fluctuații camp magnetic distorsionează rezultatul. Pentru a elimina distorsiunile, se folosesc dispozitive suplimentare care corectează câmpul magnetic, dar în același timp cresc complexitatea designului microscopului electronic.
Anterior, fizicienii de la Universitatea Cornell au dezvoltat detectorul de matrice de pixeli al microscopului electronic (EMPAD) pentru a înlocui sistem complex generatoare care focalizează electronii de intrare cu o matrice mică cu o rezoluție de 128x128 pixeli, sensibile la electronii individuali. Fiecare pixel înregistrează unghiul de reflexie a electronilor; Cunoscând acest lucru, oamenii de știință care folosesc tehnica ptiicografiei reconstruiesc caracteristicile electronilor, inclusiv coordonatele punctului din care a fost eliberat.
Atomi la cea mai mare rezoluție
David A. Muller şi colab. Natura, 2018.
În vara lui 2018, fizicienii au decis să îmbunătățească calitatea imaginilor rezultate la o rezoluție record până în prezent. Oamenii de știință au fixat o foaie de material 2D - sulfură de molibden MoS2 - pe un fascicul mobil și au eliberat fascicule de electroni rotind fasciculul în unghiuri diferite față de sursa de electroni. Folosind EMPAD și ptiicografie, oamenii de știință au determinat distanțele dintre atomii individuali de molibden și au obținut o imagine cu o rezoluție record de 0,39 Å.
„De fapt, am creat cel mai mic conducător din lume”, explică Sol Gruner (Sol Gruner), unul dintre autorii experimentului. În imaginea rezultată, a fost posibil să se vadă atomi de sulf cu o rezoluție record de 0,39 Å. Mai mult, am reușit chiar să vedem locul unde lipsește un astfel de atom (indicat de o săgeată).
Atomi de sulf la rezoluție record
Molecula de apă H2O constă dintr-un atom de oxigen legat legătură covalentă cu doi atomi de hidrogen.În molecula de apă, principalul actor este un atom de oxigen.
Deoarece atomii de hidrogen se resping reciproc, unghiul dintre legăturile chimice (liniile care leagă nucleele atomilor) hidrogen - oxigen nu este drept (90 °), ci puțin mai mult - 104,5 °.
legături chimiceîntr-o moleculă de apă, acestea sunt polare, deoarece oxigenul trage electronii încărcați negativ spre sine, iar hidrogenul trage electronii încărcați pozitiv. Ca urmare, o sarcină negativă în exces se acumulează în apropierea atomului de oxigen și o sarcină pozitivă în apropierea atomilor de hidrogen.
Prin urmare, întreaga moleculă de apă este un dipol, adică o moleculă cu doi poli opuși. Structura dipolului moleculei de apă determină în mare măsură proprietățile sale neobișnuite.
Molecula de apă este un diamagnet.
Dacă conectați epicentrii sarcinilor pozitive și negative cu linii drepte, obțineți un volum figură geometrică- tetraedru. Aceasta este structura moleculei de apă în sine.
Când starea moleculei de apă se schimbă, lungimea laturilor și unghiul dintre ele se modifică în tetraedru.
De exemplu, dacă o moleculă de apă este în stare de vapori, atunci unghiul format de laturile sale este de 104°27". În stare de apă, unghiul este de 105°03". Și în starea de gheață, unghiul este de 109,5°.
Geometria și dimensiunile moleculei de apă pentru diferite stări
a - pentru starea de vapori
b - pentru cel mai scăzut nivel de vibrație
c - pentru un nivel apropiat de formarea unui cristal de gheață, când geometria moleculei de apă corespunde cu geometria a două triunghiuri egiptene cu un raport de aspect de 3: 4: 5
d - pentru starea de gheață.
Dacă împărțim aceste unghiuri la jumătate, obținem unghiurile:
104°27": 2 = 52°13",
105°03": 2 = 52°31",
106°16": 2 = 53°08",
109,5°: 2 = 54°32".
Aceasta înseamnă că printre modelele geometrice ale moleculei de apă și gheață se află faimosul triunghi egiptean, a cărui construcție se bazează pe raportul de aur - lungimile laturilor sunt legate ca 3:4:5 cu un unghi de 53. ° 08".
Molecula de apă capătă structura raportului de aur pe parcurs, când apa se transformă în gheață, și invers, când gheața se topește. Evident, apa de topire este apreciată pentru această stare atunci când structura ei în construcție are proporțiile secțiunii de aur.
Acum devine clar că faimosul triunghi egiptean cu un raport de aspect de 3:4:5 este „preluat” dintr-una dintre stările moleculei de apă. Aceeași geometrie a moleculei de apă este formată de doi egipteni triunghiuri dreptunghiulare având un picior comun egal cu 3.
Molecula de apă, care se bazează pe raportul raportului de aur, este o manifestare fizică a Naturii Divine, care este implicată în crearea vieții. De aceea natura pământească conține armonia care este inerentă întregului cosmos.
Și astfel egiptenii antici au zeificat numerele 3, 4, 5, iar triunghiul însuși a fost considerat sacru și a încercat să-și pună proprietățile, armonia în orice structură, case, piramide și chiar în marcarea câmpurilor. Apropo, colibe ucrainene au fost construite și folosind raportul de aur.
În spațiu, o moleculă de apă ocupă un anumit volum și este acoperită cu o înveliș de electroni sub formă de văl. Dacă ne imaginăm vederea unui model ipotetic al unei molecule într-un avion, atunci arată ca aripile unui fluture, ca un cromozom în formă de X, în care este înregistrat programul de viață al unei ființe vii. Și acesta este un fapt indicativ că apa însăși este un element indispensabil al tuturor ființelor vii.
Dacă ne imaginăm modelul ipotetic al unei molecule de apă în volum, atunci acesta prezintă forma unei piramide triunghiulare, care are 4 fețe, iar fiecare față are 3 muchii. În geometrie piramidă triunghiulară numit tetraedru. O astfel de structură este caracteristică cristalelor.
Astfel, molecula de apă formează o structură puternică de colț, pe care o reține chiar și atunci când se află în stare de vapori, în pragul trecerii la gheață și când se transformă în gheață.
Dacă „scheletul” moleculei de apă este atât de stabil, atunci „piramida” sa de energie - tetraedrul stă de asemenea de neclintit.
Astfel de proprietăți structurale moleculele de apă în diferite condiții se explică prin legături puternice între doi atomi de hidrogen și un atom de oxigen. Această legătură este de aproximativ 25 de ori mai puternică decât legătura dintre moleculele de apă adiacente. Prin urmare, este mai ușor să separați o moleculă de apă de alta, de exemplu, atunci când este încălzită, decât să distrugeți molecula de apă în sine.
Datorită interacțiunilor de orientare, inducție, dispersie (forțe van der Waals) și legături de hidrogen dintre atomii de hidrogen și oxigen ai moleculelor învecinate, moleculele de apă se pot forma ca asociați aleatorii, de exemplu. neavând o structură ordonată, iar clusterele sunt asociați având o anumită structură.
Conform statisticilor, în apa obișnuită există asociați aleatori - 60% (apa destructurată) și clustere - 40% (apa structurată).
În urma cercetărilor efectuate de omul de știință rus S. V. Zenin, au fost descoperite grupuri de apă stabile cu viață lungă.
Zenin a descoperit că moleculele de apă formează inițial un dodecaedru. Patru dodecaedre care se unesc formează principalul element structural al apei - un grup format din 57 de molecule de apă.
Într-un grup, dodecaedrele au fețe comune, iar centrele lor formează un tetraedru obișnuit. Acesta este un compus în vrac de molecule de apă, inclusiv hexameri, care are poli pozitivi și negativi.
Punțile de hidrogen permit moleculelor de apă să se combine într-o varietate de moduri. Datorită acestui fapt, în apă se observă o varietate infinită de clustere.
Clusterele pot interacționa între ele datorită legăturilor de hidrogen libere, ceea ce duce la apariția unor structuri de ordinul doi sub formă de hexagoane. Ele constau din 912 molecule de apă, care sunt practic incapabile de interacțiune. Durata de viață a unei astfel de structuri este foarte lungă.
Această structură, asemănătoare unui mic cristal de gheață ascuțit de 6 fețe rombice, S.V. Zenin a numit „principalul element structural apă". Numeroase experimente au confirmat; în apă există miriade de astfel de cristale.
Aceste cristale de gheață aproape că nu interacționează între ele, prin urmare nu formează structuri mai complexe mai stabile și își alunecă cu ușurință fețele unul față de celălalt, creând fluiditate. În acest sens, apa seamănă cu o soluție suprarăcită care nu se poate cristaliza în niciun fel.
