У незвичайних експериментах дослідники показали, що тепло не обов’язкова умова для випаровування води.
Дослідники з Массачусетського технологічного інституту (MIT) зробили дивовижне відкриття: світло саме по собі здатне випаровувати воду, причому навіть ефективніше, ніж тепло. Це явище, мабуть, впливає на формування і еволюцію туману і хмар, його потрібно враховувати в кліматичних моделях і використовувати в установках для опріснення води.
Класична теорія, знайома всім зі школи, говорити, що випаровування відбувається, коли молекули води поблизу поверхні рідини поглинають досить енергії, щоб піднятися в повітря у вигляді водяної пари. Як правило, джерелом енергії для цього процесу є тепло, для кругообігу води на Землі це тепло виходить в основному від сонячного світла.
Але в останні кілька років різні групи вчених при проведенні експериментів з гідрогелями помітили розбіжності теорії і практики. Вода випаровувалася з набагато більшою швидкістю, ніж це було можливо, виходячи з кількості тепла, яке вона отримувала. Іноді випаровування в три рази перевищувало теоретичну максимальну швидкість.
Після кількох базових експериментів фізики з MIT запідозрили, що надмірне випаровування викликано самим світлом. Ідея дивовижна, тому що вода не поглинає світло. Щоб перевірити свою гіпотезу, вчені помістили зразок гідрогелю в контейнер на вагах, послідовно піддали його впливу світла різної довжини хвилі і виміряли, як змінюється маса. При цьому освітлення було екрановано, щоб запобігти потраплянню тепла в систему.
Випаровування води з гідрогеля під впливом зеленого випромінювання. Відео: Yaodong Tu et al., PNAS
Результати показали, що вода дійсно випаровувалася зі швидкістю, яка набагато перевищує допустиму температуру. Ступінь випаровування змінювався залежно від довжини хвилі світла, досягаючи максимуму для зеленого світла. Ця залежність від кольору доводить, що випаровування не пов’язане з теплом.
Потім дослідники повторили експеримент в темряві, використовуючи електрику для подачі до гідрогелю тієї ж кількості тепла, що і у світловому експерименті. Швидкість випаровування води залишалася в межах температурної межі і набагато нижче тієї, яка досягається при впливі світла.
Команда назвала нове явище «фотомолекулярним ефектом» і припустила, що фотони світла потенційно можуть «відщеплювати» кластери молекул води поблизу поверхні рідини. Хоча дотепер це спостерігалося тільки в ретельно контрольованих лабораторних умовах, дослідники кажуть, що це може відбуватися і в природі, наприклад, в хмарах або на поверхні моря, хоча в цих умовах тепло, ймовірно, все ще виконує більшу частину роботи.