Вода — единственная распространённая жидкость, которая при остывании не сразу сжимается. Лёд тает, и вода становится плотнее, но только до 4 градусов Цельсия. Дальше, при дальнейшем охлаждении, она снова расширяется. Этот каприз объясняет, почему рыбы выживают в замерзающих прудах: самая плотная вода опускается на дно, а сверху остаётся более лёгкий холодный слой, который превращается в лёд.
Учёные построили нейросеть, которая заменила сложные вычисления и позволила смоделировать поведение миллионов молекул воды. Модель точно воспроизвела температурную аномалию плотности. Заглянув внутрь, исследователи увидели: каждая молекула воды по-прежнему держится четырёх соседок, как в идеальном кристалле льда. Но этот порядок рушится уже на расстоянии нескольких молекулярных слоёв.
Такой сбой в дальней упорядоченности и делает воду аномальной. При нагревании от нуля молекулы сначала заполняют пустоты, возникшие из-за поломки дальнего порядка, и вода сжимается. После 4 градусов обычное тепловое расширение берёт верх. Механизм оказался тоньше, чем предполагали почти сто лет.
Если бы вода не расширялась при замерзании, лёд тонул бы, и озёра промерзали до дна, убивая всё живое.