[論文レビュー] "Autothixotropy" of Water - an Unknown Physical Phenomenon

Bohumil Vybíral, Pavel Voráček|ArXiv.org|Jul 9, 2003

Experimental and Theoretical Physics Studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、水が一時的で構造化された水素結合ネットワークを形成し、せん断力に抵抗し、記憶に類似した挙動を示す、以前に知られていなかった現象である自己トキソトロピー（autothixotropy）を提案している。これにより、水中に浮遊する物体に異常な機械的抵抗が生じ、水分子が一時的・一時的な重合（ephemeric polymerization）を経て脆く弾性のあるネットワークを形成することで説明される。この現象は、脱気され静止した水においてより顕著に現れ、臨界回転角は時間とともに増加し、浸漬条件に依存する。

ABSTRACT

A complex of until now unknown phenomena ongoing in water was discovered in laboratory experiments, where it made impossible gravimetric measurements with the necessarily extreme precision. This behaviour of water, which we call autothixotropy, was the issue of the presented experimental research. We are also proposing a possible explanation.

研究の動機と目的

• 水を用いた高精度の重量測定で生じる未解明の異常を調査すること。
• 長時間静止した後も水中で浮遊する系に持続的な機械的抵抗が生じる原因を理解すること。
• 水が一時的で構造化されたネットワークを形成し、記憶に類似した性質を示す可能性を検討すること。
• 水の処理（例えば沸騰、脱気）および浸漬形状がこれらの効果に与える影響を特定すること。
• 観察された現象を説明する物理的メカニズム（一時的重合）を提唱すること。

提案手法

• 高精度のねじり秤の再構築を行い、微細なホスファーブロンズ線と蒸留水（空気を含まない）中に吊るされたステンレス鋼板を用いた。
• 数日から数週間にわたる長時間実験を実施し、系を静止状態に保ち、制御された回転に対する機械的応答を観察した。
• 実験条件を変化させた：完全浸漬対比部分浸漬、新鮮な水対以前に静止・脱気した水、静止後の攪拌を含めた。
• 浮遊板が急激に再配置される臨界回転角を測定し、抵抗の閾値を示した。
• 臨界角の時間依存的挙動および振動の減衰を観測・記録した。
• 一時的で動的である水素結合による分子ネットワーク（一時的重合）を仮説として提示し、観察結果を説明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 静止した水中に吊るされた板はなぜ回転を抵抗し、時間とともに増加する臨界角に達したときにのみ解放されるのか？
• RQ2 長時間静止した後、なぜ臨界回転角が時間経過とともに増加するのか？
• RQ3 なぜ脱気（沸騰処理）された水では、新鮮な水よりも現象が顕著に現れるのか？
• RQ4 完全浸漬と比較して、部分浸漬は機械的抵抗および臨界角にどのように影響するのか？
• RQ5 これらの条件下で水が一時的で記憶に類似した挙動を示す物理的メカニズムは何か？

主な発見

• 板が急激に再配置する臨界回転角が、数日間の静止の間にほぼゼロから数10度に増加する傾向にあり、水の中での時間依存的構造進化を示している。
• この現象は脱気水において顕著に強く、かつ早期に現れるため、溶解ガスが一時的ネットワークの形成を妨げている可能性がある。
• 部分浸漬では完全浸漬と比較して臨界角が高く、急激な回転が顕著になるため、表面効果や界面張力が関与している可能性がある。
• 以前に静止した水を攪拌することで、抵抗効果の再確立が加速するため、一時的ネットワーク構造が部分的に保存されている可能性がある。
• 機械的パルス後に新しい平衡位置の周囲で減衰振動を示すため、水の構造が弾性的挙動を示している。
• 円筒形の回転体を平板ではなく使用した場合には、観察された現象が認められないため、幾何学的形状およびせん断応力の分布に敏感であることが示唆される。