Итак, в представлениях об аномальных свойствах воды и ее «памяти» довольно весомое место занимают различные модели межмолекулярной структуры этой «самой удивительной жидкости». Существуют весьма распространенное мнение, что вода, имея довольно простую молекулярную формулу, в реальности является не таким уж простым веществом. Так еще в 1933 году ученые из кембриджского университета Джон Бернал (1901-1971), и Ральф Фаулер (1889-1944) предположили, что вода, находясь в жидком состоянии, имеет в своем строении нечто схожее со строением твердого тела. Ее молекулы, в соответствии с представлениями этих ученых, были связаны так называемыми водородными связями (НС связями) с соседними молекулами, образуя некое подобие непрерывной тетраэдрической сетки. Эти ученые сформулировали правила образования таких связей: а) около каждого атома кислорода (О) находятся два атома водорода (Н); б) на каждой водородной связи (линии О-О) находится один атом Н»[130].
Далее в работах, посвященных проблеме структуры воды, возникли две группы моделей – кластерные и клатратные. «В первой группе вода представала в виде кластеров из молекул, связанных водородными связями, которые плавали в море молекул, в таких связях не участвующих. Модели второй группы рассматривали воду как непрерывную сетку (обычно в этом контексте называемую каркасом) водородных связей, которая содержит пустоты; в них размещаются молекулы, не образующие связей с молекулами каркаса. Нетрудно было подобрать такие свойства и концентрации двух микрофаз кластерных моделей или свойства каркаса и степень заполнения его пустот клатратных моделей, чтобы объяснить все свойства воды, в том числе и знаменитые аномалии»[131]. При всем этом выявилась одна интересная закономерность: «фундаментально различные модели воды могут одинаково хорошо описывать ее основные термодинамические свойства»[132]. С другой стороны каждая из моделей, претендующих на описание свойств воды, «достаточно хорошо описывала конкретные, отдельные свойства, но была бессильна при описании других»[133]. В целом же, как подчеркивают некоторые исследователи, структура воды – одна из сложнейших проблем современной науки»[134]. При этом некоторые авторы указывают на то, что протяженная молекулярная структура является уникальным свойством воды, связанным с особенности ее молекулярной структуры, и отсутствует у других жидкостей[135].
Что же касается вопроса о «памяти» воды, то было высказано предположение, что «хранение информации водой связано с конфигурацией водородных связей»[136]. И это касалось не только «памяти» о магнитном воздействии. В частности, было высказано мнение, что у воды, полученной, к примеру, в результате таяния льда и у воды, полученной путем конденсации пара, структура ближнего порядка будет различная – их микрокластеры будут иметь разное строение[137].
Итак, в современных монографиях, посвященных проблеме воды, можно, в частности, прочесть о том, что «вода на молекулярном уровне – это трехмерная сетка водородных связей, в которой размещены микрокластеры, стабилизированные за счет транспорта протонов… Вода, по крайней мере при нормальных температурах, представляет собой единую бесконечную структуру (или “молекулу геля”), наряду с которой имеются отдельные меньшие структуры конечного размера»[138]. При этом некоторые исследователи говорят о том, что «последние результаты экспериментов по компьютерному моделированию показали, что молекулярную структуру воды надо рассматривать как единое целое в любом ее объеме, в котором всегда найдется по крайней мере одна непрерывная цепочка Н-связей, пронизывающая весь объем, например Мирового океана, т.е. опоясывающая наш земной шар»[139]. На следующем рисунке изображен один из возможных вариантов ближнего порядка, существующего в микрокластерах воды.
Схематическое изображение одного из вариантов ближнего порядка расположения молекул воды. Атомы водорода обозначены буквой “Н”, а атомы кислорода – черным кружечком[140].
В связи с этим «появился знаменитый афоризм американского химика Ирвинга Ленгмюра (1881-1957): «Океан – одна большая молекула»[141]. Впрочем, весьма существенно то, что «излишняя конкретизация модели не прибавила сторонников теории единой сетки»[142]. Позже некоторые исследователи писали по этому поводу:
«Благодаря конечному размеру молекул силам молекулярного взаимодействия любой жидкости свойственны ближний порядок в расположении частиц и отсутствие дальнего порядка. Последнее означает, что порядок в одном месте никак не действует на порядок в другом»[143].
Нечто подобное случилось и в случае многообразных попыток конкретизировать представления о водородных связях между молекулами воды и молекулярных комплексах, создаваемых этими связями – кластерах. Тем не менее, не все гладко и в этой области. Так, обсуждение проблем, связанных с этими связями заняло «видное место на Фарадеевской дискуссии 1996 г, а в процессе обсуждения докладов было признано, что “мы не знаем, что такое НС в воде”»[144]. Некоторые авторы считают, что более точно эту связь следовало бы назвать протонной[145]. Другие – просто «связью», но не возражают против уже устоявшегося термина «водородная связь»[146].
Однако трудности, связанные с проблемой таких связей между молекулами воды, гораздо более серьезные, чем споры о том, как их называть. И самой принципиальной трудностью здесь явилось время существования этих (отдадим дань традиции) водородных связей. Считается, что «водородные связи между молекулами воды в 24 раза слабее, чем связь в самой молекуле воды»[147]. Более того: водородные связи настолько слабы, что не могут долго сопротивляться напору теплового движения молекул воды и неизбежно разрушаются под этим напором. Хотя разброс в оценках времени их существования в реальных условиях хаотичного движения молекул довольно велик[148], но есть основания полагать, что время жизни отдельно взятой водородной связи «не превышает 40 пикосекунд, а среднее значение – несколько пикосекунд»[149].
Одна пикосекунда – это миллионная доля миллионной доли секунды, то есть секунда в минус двенадцатой степени.
Даже если бы кластеры сохраняют свою структуру в сотни раз больше – то есть, как полагают некоторые авторы, в течение тысячи пикосекунд, этого времени будет явно недостаточно для объяснения феномена «памяти» воды.
Необходимо отметить, что запрет на образование устойчивых водородных связей и связанного с ним упорядоченного расположения молекул является, в основном, следствием теоретических разработок. Что же касается экспериментальных исследований на эту тему, то до самого недавнего прошлого господствовало мнение, что «экспериментальные данные о строении небольших кластеров из молекул воды отсутствуют»[150]. Более того, некоторые авторы писали, что способов экспериментального определения такого рода структур «сейчас не существует и, скорее всего, никогда не будет существовать»[151]. Американский геохимик Р. Хорн писал по этому поводу следующее:
«Невозможность определить структуру воды с помощью эффективных современных методов исследования, позволивших разобраться в структуре таких чрезвычайно сложных биомолекул, как ДНК и миоглобин, должным образом предупреждает нас о том, что мы имеем дело с необычайно сложной системой»[152].
Одновременно с этим в некоторых академических изданиях писалось о том, что некоторые косвенные методы «рассеяния рентгеновского излучения или нейтронов не подтверждают образование упорядоченных структур с размерами нескольких нанометров»[153], то есть – тех, которые могли бы являться следствием возникновения определенного порядка между соседними молекулами за счет водородных связей. Однако совсем недавно в Интернете появилось сообщение об исследованиях группы ученых, возглавляемых ведущим специалистом Стенфордского центра синхротронного излучения Андерсом Нильсоном[154]. В работе был использован новейший метод изучения строения жидкостей с использованием мощного рентгеновского излучения, получаемого с помощью больших ускорителей элементарных частиц – синхротронов. Результаты показали, что молекулы воды формируют не одну структуру, а одновременно два типа структур, сосуществующих в жидкости вне зависимости от температуры. Один тип структуры формируется в виде сгустков примерно по 100 молекул, структура которых напоминает структуру льда. Второй тип структуры, окружающей сгустки, гораздо менее упорядочен. Увеличение температуры вплоть до точки кипения воды приводит к некоторому искажению структуры сгустков и уменьшению их количества и доминированию разупорядоченной структуры.
Андерс Нильсон прокомментировал результаты своих наблюдений:
«Этот процесс можно представить как танцевальный клуб, где часть людей сидит за столиками, отражая упорядоченную компоненту воды, а часть находясь в толпе, непрерывно перемещается в танце, отражая разупорядоченную. Увеличение температуры воды в этом случае можно сравнить с всеобщим поднятием настроения и ускорением музыки, когда люди начинают вставать из-за столов и присоединяться к танцующим, а часть пустующих столов и вовсе убирается для высвобождения места. Охлаждение - обратный процесс, когда танцпол заполняется столами, и за них присаживаются утомленные танцами гости клуба. При этом при одной и той же "температуре" танцующие и сидящие люди постоянно меняются местами - некоторые присаживаются отдохнуть а некоторые наоборот идут танцевать, тогда как общее соотношение танцующих и сидящих остается прежним».
В науке существует хорошее правило – подождать подтверждение новых экспериментальных результатов и не делать на основании их далеко идущих выводов. Поэтому, упомянув о работе Андерса Нильсона и его коллег, оставим ее без каких-либо комментарий и вернемся к общим проблемам «памяти» воды, прежде всего – к тому фактическому материалу, который обычно привлекают сторонники этой концепции.