Ūdens ir slapjš un visvairāk sastopamā apkārtējā būtība. Ja kas, tad šis ir stāsts par vienu no tiem jautājumiem, kas bērnībā šķiet pašsaprotami, bet pieaugušā vecumā, ieskatoties dziļāk, liek smadzenēm burtiski “uzkārties”.
Vai ūdens ir slapjš?
Lielākā daļa no mums bez domāšanas atbildēs: “Protams!”. Taču zinātnieki, filozofi un valodnieki par šo tēmu strīdas dedzīgāk, nekā jūs varētu iedomāties.
Izrādās, ka atbilde nav atkarīga no paša šķidruma, bet gan no tā, kā mēs definējam vārdu “slapjš”. Sagatavojieties jo šis ceļojums caur fiziku, ķīmiju un lingvistikas džungļiem mainīs jūsu skatījumu uz parastu glāzi ūdens.
Ūdens ir slapjš, slapjums un zinātnes paradoksi.
Kāpēc atbilde uz vienkāršu jautājumu nav tik pašsaprotama.
Mēs visi zinām sajūtu, kad lietus lāse pieskaras ādai vai kad ieejam dušā. Šī sajūta ir “slapjums”. Tomēr fizikas valodā slapjums nav vis paša šķidruma īpašība, bet gan mijiedarbība starp šķidrumu un cietu virsmu.
Kāpēc ūdens padara lietas slapjas?
Iedomājieties akmeni lietū vai dvieli pēc peldes. Tie ir slapji, jo ūdens molekulas ir pieķērušās to virsmai. Zinātnē šo procesu sauc par mitrināšanu (angļu valodā – wetting). Tas, vai kaut kas kļūst slapjš, ir atkarīgs no diviem spēkiem:
1. Kohezija: Spēks, kas satur šķidruma molekulas kopā (ūdens “mīl” ūdeni).
2. Adhēzija: Spēks, kas liek šķidruma molekulām pieķerties citai virsmai (ūdens “mīl” virsmu).
Ja adhēzijas spēki ir spēcīgāki par kohezijas spēkiem, šķidrums izplūst pa virsmu, un mēs sakām, ka virsma ir slapja. Ja ir otrādi – kā tas ir ar ūdens lāsēm uz vaskotas automašīnas virsmas vai lotosa lapas –, ūdens savelkas bumbiņās un virsma paliek sausa. Tātad, tehniski runājot, ūdens pats par sevi nav slapjš; tas tikai piemīt spēja padarīt citas lietas slapjas.
Molekulārā deja vai ūdeņraža saites un “lipīgums”.
Ūdens ir unikāla viela, un gandrīz visas tā neparastās īpašības izriet no ūdeņraža saitēm. Katra ūdens molekula (H2O) ir kā mazs magnēts ar pozitīvu un negatīvu galu. Šīs saites ir vājas, bet to ir miljoniem, un tās nepārtraukti veidojas un trūkst triljoniem reižu sekundē.
Šī molekulārā “sadodošanās rokās” rada augstu virsmas spraigumu. Ūdens virsma uzvedas kā elastīga plēve. Tieši tāpēc ūdensmērītāji var skriet pa ezera virsmu, negrimstot, un tieši tāpēc maza adata var “peldēt” ūdens virspusē, ja to uzmanīgi novieto.
Zinātnieki, izmantojot modernu spektroskopiju, ir atklājuši ko satriecošu: pašā ūdens virspusē, kur šķidrums satiekas ar gaisu, molekulas uzvedas pavisam citādi. Tās ir mazāk kustīgas un sakārtotākas.
Daži fiziķi pat runā par “sauso” slāni ūdens virspusē, apgabalu dažu molekulu biezumā, kur šķidruma īpašības krasi atšķiras no tā, kas notiek dziļumā.
Paradoksāli, vai ne?
Ūdens virsma varētu tikt uzskatīta par “sausu”, jo tai nav virs tās cita šķidruma slāņa, kas to padarītu slapju.
Valodas lamatas, ko mēs domājam ar vārdu “slapjš”?
Problēma nav tikai fizikā, bet arī mūsu valodā. Vārdam “slapjš” ir divas nozīmes, kuras mēs bieži jaucam:
• Stāvokļa apraksts: “Manas drēbes ir slapjas” (virsma ir klāta ar šķidrumu).
• Iekšējā īpašība: Mēs intuitīvi piešķiram “slapjumu” ūdenim kā tā būtību.
Lingvisti šo situāciju sauc par semantisko neviennozīmību. Tas ir līdzīgi kā jautāt: “Vai uguns ir degoša?”. Uguns izraisa degšanu, tā ir degšanas procesa rezultāts, bet vai pati liesma “deg” tādā pašā nozīmē kā koka pagale? Lielākā daļa teiktu, ka nē.
2019. gadā šis jautājums burtiski “uzspridzināja” sociālos tīklus. Diskusijas par to, vai ūdens ir slapjš, sasniedza miljoniem skatījumu. Pat fizikas profesoriem nebija vienotas atbildes.
2020. Viena nometne apgalvoja: “Ūdens nav slapjš, jo slapjums ir sajūta/stāvoklis, ko rada šķidrums uz cietas virsmas.”
2021. Otra nometne iebilda: “Tā kā ūdens molekulas ir nepārtrauktā kontaktā viena ar otru, katra ūdens molekula ir ‘izmērcēta’ citās molekulās, tātad ūdens ir slapjš pēc definīcijas.”
Ne visi šķidrumi ir “slapji”.
Lai vēl vairāk sarežģītu lietas, apskatīsim citus šķidrumus.
• Dzīvsudrabs: Tas ir šķidrums istabas temperatūrā, taču tam ir tik milzīgs kohezijas spēks, ka tas praktiski “nemērcē” virsmas. Ja jūs iemērktu pirkstu dzīvsudrabā (lūdzu, nedariet to, tas ir toksisks!), pirksts paliktu sauss. Vai dzīvsudrabs ir slapjš? Lielākā daļa teiktu – nē, tas ir “smags un spīdīgs”.
• Eļļa: Mēs to saucam par “taukainu” vai “vazelīnīgu”, nevis slapju, lai gan tā ir šķidra.
• Šķidrais hēlijs: Temperatūrā, kas tuva absolūtajai nullei, tas kļūst par suprašķidrumu. Tas zaudē viskozitāti un var rāpties augšup pa trauka sieniņām. To nosaukt par “slapju” būtu zinātnisks pārteikums.
Tātad “slapjums” nav universāla šķidrumu īpašība, bet gan specifisks adhēzijas, kohezijas un virsmas spraiguma līdzsvars, kas ūdenim ir vienkārši ideāls.
Kāpēc šis jautājums vispār ir svarīgs?
Jūs varētu domāt: “Kāda starpība? Tas ir tikai vārdu spēle!”. Taču izpratne par to, kā ūdens “mērcē” virsmas, ir kritiski svarīga mūsdienu tehnoloģijās.
• Hidrofobie pārklājumi: Zinātnieki izstrādā materiālus, kurus ūdens nevar padarīt slapjus. Tas ir noderīgi pašattīrošiem logiem, ūdensnecaurlaidīgam apģērbam un pat medicīniskiem implantiem, lai novērstu baktēriju pielipšanu.
• Lauksaimniecība: Lai pesticīdi un mēslojums labāk uzsūktos augu lapās, ūdenim pievieno vielas, kas samazina virsmas spraigumu, padarot ūdeni “slapjāku”.
• Ugunsdzēsība: Eksistē tā saucamais “slapjais ūdens” – ūdens ar īpašām piedevām, kas palīdz tam labāk iesūkties degošos materiālos, nevis vienkārši notecēt pa virsmu.
Galīgā atbilde (kas var likt vilties… vai sajūsmināties).
Ja jūs gaidījāt viennozīmīgu “jā” vai “nē”, zinātne jums piedāvā abus.
Stingri zinātniski:
Ūdens pats par sevi nav slapjš. Slapjums ir sajūta vai fizisks stāvoklis, kas rodas, šķidrumam mijiedarbojoties ar cietu vielu. Tas ir tāpat kā jautāt, vai sarkanā krāsa pati par sevi ir “sarkana” vai arī tas ir tikai mūsu smadzeņu tulkojums noteiktam gaismas viļņa garumam.
Ikdienas valodā:
Ūdens ir slapjš. Ja jūs iekritīsiet baseinā un kāds jums teiks: “Zini, tehniski tu neesi slapjš, tu esi tikai klāts ar šķidrumu,” jūs viņu droši vien uzskatītu par dīvaini. Valoda ir domāta saziņai, un mūsu pieredzē ūdens un slapjums ir nešķirami jēdzieni.
Šis stāsts mums māca ko svarīgu: pat visvienkāršākie jautājumi var atklāt fundamentālus pasaules uzbūves principus.
Mēs lietojam vārdus katru dienu, uzskatot, ka saprotam to nozīmi, bet patiesībā tie ir pilni ar pieņēmumiem. Reizēm, lai saprastu pasauli, vispirms ir jāsaprot mūsu pašu valoda.
Nākamreiz, kad mazgāsiet rokas, atcerieties, jūs nepieskaraties “slapjumam”. Jūs piedalāties sarežģītā molekulārā dejā, kurā miljoniem ūdeņraža saišu cīnās par to, vai palikt kopā ar saviem “brāļiem” vai pieķerties jūsu ādai.
