Sumber ilustrasi: Pixabay
29 Juni 2026 11.45 WIB – Sains & Technology
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Desanomia [29.06.2026] Air dipandang sebagai zat paling sederhana dalam kehidupan sehari-hari. Kita meminumnya, menggunakannya untuk memasak, membersihkan, menumbuhkan tanaman, dan menopang hampir semua proses biologis. Di balik kesederhanaannya itu, air menyimpan banyak keanehan yang telah lama membingungkan para ilmuwan. Salah satu dugaan paling menarik adalah bahwa pada tingkat molekuler, air mungkin bukan satu cairan tunggal, melainkan campuran dari dua bentuk cairan berbeda yang terus saling berubah.
Selama bertahun-tahun, para peneliti menduga bahwa air memiliki dua keadaan cair, yaitu bentuk yang lebih padat dan bentuk yang kurang padat. Kedua bentuk tersebut diperkirakan terus bertukar posisi dalam skala mikroskopis. Masalahnya, membuktikan perubahan molekuler tersebut secara langsung sangat sulit karena prosesnya terjadi sangat cepat dan sangat kecil.
Kini, dengan bantuan kecerdasan buatan, tim peneliti melaporkan bahwa mereka menemukan bukti molekuler yang selama ini dicari. Temuan yang dipublikasikan pada 4 Juni dalam jurnal Nature Physics ini berpotensi menguatkan hipotesis dua keadaan dan membantu menjelaskan berbagai perilaku aneh air.
Xiao Cheng Zeng, ahli kimia fisik dari City University of Hong Kong dan salah satu penulis studi, menjelaskan bahwa gagasan ini sulit dibayangkan karena manusia biasa melihat air sebagai satu zat yang sama. Akan tetapi penelusuran literatur ilmiah membawanya pada hipotesis dua keadaan, sebuah gagasan lama yang banyak dibahas tetapi selama ini kekurangan bukti langsung.
Keanehan air telah lama diperhatikan oleh para ilmuwan diketahui. Sebagian besar cairan menjadi semakin padat saat didinginkan. Air mengikuti pola tersebut hanya sampai sekitar 4 derajat Celsius, lalu mulai mengembang ketika suhu terus turun. Perilaku inilah yang membuat es mengapung di atas air cair.
Air juga lebih mampu menahan perubahan suhu dibandingkan banyak cairan serupa. Selain itu, viskositas air dapat menurun pada tekanan tertentu. Para ilmuwan telah mendokumentasikan banyak anomali seperti ini dan menduga bahwa semuanya mungkin berhubungan satu sama lain.
Model dua keadaan mencoba memberikan penjelasan terpadu atas berbagai anomali tersebut. Jika air memang terus berpindah antara struktur molekuler yang lebih padat dan lebih renggang, maka sifat-sifat anehnya dapat dipahami sebagai hasil dari interaksi dua bentuk cairan tersebut.
Zeng telah mempelajari air sejak masa pascadoktoralnya pada akhir 1990-an, ketika meneliti pembekuan cairan. Hipotesis dua keadaan mulai menarik perhatiannya sekitar 2006 setelah muncul dalam berbagai konferensi ilmiah. Akan tetapi selama bertahun-tahun persoalan tersebut dianggap terlalu sulit untuk diuji secara langsung.
Situasi mulai berubah sekitar 2016, ketika sejumlah penelitian melaporkan bukti eksperimental bahwa air superdingin dapat terpisah menjadi bentuk berkepadatan tinggi dan berkepadatan rendah. Temuan-temuan tersebut memberi dasar baru bagi upaya memahami apakah transformasi molekuler serupa juga dapat dijelaskan secara lebih rinci.
Sekitar dua setengah tahun lalu, Zeng menyerahkan persoalan ini kepada Liwen Li, peneliti pascadoktoral di laboratoriumnya. Li kemudian mengusulkan penggunaan unsupervised deep learning, yaitu metode kecerdasan buatan yang mencari pola dalam data tanpa diberi petunjuk khusus mengenai apa yang harus ditemukan.
Menurut Zeng, pendekatan tersebut membuat AI dipaksa belajar dari data, menggunakan pengetahuannya sendiri untuk mengeksplorasi pola yang tersembunyi. Strategi ini berbeda dari metode konvensional yang biasanya membutuhkan asumsi awal yang lebih kuat dari manusia.
Tim menjalankan simulasi dinamika molekul skala besar menggunakan paket simulasi GROMACS. Mereka melacak pergerakan dan interaksi ratusan ribu molekul air, lalu menghasilkan puluhan juta titik data untuk dianalisis.
Zeng menjelaskan bahwa analisis semacam ini secara tradisional mungkin membutuhkan banyak mahasiswa dan waktu yang sangat panjang. Dengan komputer dan AI, Li membutuhkan sekitar satu setengah tahun. Tanpa AI, pekerjaan yang sama diperkirakan dapat memerlukan hampir satu dekade.
AI kemudian menghasilkan apa yang disebut reaction coordinates. Ini adalah sejumlah kecil variabel yang disaring dari seluruh gerak molekul dan dapat menggambarkan bagaimana susunan lokal molekul air berubah dari struktur padat menuju struktur lebih renggang, lalu kembali lagi.
Para peneliti memetakan perilaku sistem berdasarkan koordinat tersebut untuk melihat bagaimana proses konversi terjadi. Mereka juga mengidentifikasi jumlah dan lokasi penghalang energi atau saddle points yang harus dilewati molekul ketika berpindah dari satu keadaan ke keadaan lainnya.
Hasilnya menunjukkan bahwa jalur perubahan antara dua struktur air tidak selalu sama. Dalam sebagian besar kondisi, perpindahan berlangsung melalui jalur yang disebut semi-loop, dengan satu penghalang energi yang harus dilalui.
Namun, di dekat batas antara air berkepadatan tinggi dan rendah, molekul dapat mengambil jalur yang lebih memutar yang disebut full-loop. Jalur ini memiliki tiga penghalang energi terpisah, bukan hanya satu.
Zeng mengibaratkan proses tersebut seperti mendaki gunung yang terbelah dua. Pada satu sisi terdapat lereng yang landai, sementara sisi lain berupa tebing curam. Sebagian besar pendaki memilih lereng yang lebih mudah, seperti jalur semi-loop. Namun di dekat batas tempat dua bagian gunung bertemu, gunung seolah menjadi utuh kembali sehingga pendaki dapat mengelilingi seluruh puncak. Kondisi ini menyerupai jalur full-loop.
Tim Zeng kini sedang membangun model machine learning yang lebih ketat untuk mengonfirmasi hasil tersebut. Mereka berharap hasil itu dapat dihubungkan dengan sifat-sifat air yang lebih mudah diamati, seperti kepadatan, viskositas, dan suhu.
Meski hasil simulasi dan analisis AI menjanjikan, pembuktian pada air nyata tetap tidak mudah. Zeng menilai diperlukan teknik eksperimen baru yang sangat sensitif, seperti metode yang dikembangkan oleh laboratorium Pacific Northwest National Laboratory, yang sebelumnya menemukan bukti spektroskopi tidak langsung mengenai perilaku dua keadaan pada air.
Jika struktur dua keadaan ini berhasil dikonfirmasi secara eksperimen, model tersebut dapat membantu menjelaskan cara air berinteraksi dengan alam. Dampaknya dapat meluas ke berbagai bidang karena sebagian besar proses biologis dan farmasi berlangsung di dalam air.
Pemahaman yang lebih baik mengenai struktur molekuler air dapat membantu menjelaskan bagaimana garam terlarut, protein, dan molekul obat berinteraksi di dalam larutan. Menurut Zeng, interaksi tersebut sangat penting bagi obat suntik dan fungsi sel, meskipun penerapan praktisnya masih membutuhkan waktu panjang.
Penelitian ini menunjukkan bahwa air mungkin memiliki struktur molekuler yang jauh lebih kompleks daripada yang tampak dalam kehidupan sehari-hari. Dengan bantuan kecerdasan buatan, para ilmuwan menemukan pola yang mendukung gagasan bahwa air dapat terus berubah antara bentuk cair yang lebih padat dan bentuk cair yang lebih renggang. Jika temuan ini dikonfirmasi melalui eksperimen, hipotesis dua keadaan dapat membantu menjelaskan berbagai keanehan air serta membuka pemahaman baru tentang interaksi molekul dalam biologi, kimia, dan teknologi farmasi.
Diolah dari artikel:
“Water might secretly be a mix of 2 different liquids, scientists say” oleh Larissa G. Capella. (njd)
Note: This article was made as part of a dedicated effort to bring science closer to everyday life and to inspire curiosity in its readers.
