Tajemniczy efekt Mpemby. Dlaczego gorąca woda zamarza szybciej niż zimna?

Gorąca woda, która zamarza szybciej niż zimna? Brzmi jak paradoks, ale to zjawisko znane jest od starożytności. Czym jest efekt Mpemby i dlaczego naukowcy do dziś spierają się o jego przyczyny?

Spis treści:

Czym jest efekt Mpemby? Zaskakujące zjawisko fizyczne
Efekt Mpemby. Zjawisko znane już w starożytności
Dlaczego gorąca woda zamarza szybciej? Najważniejsze teorie
Czy efekt Mpemby jest prawdziwy? Różne opinie naukowców
Jak sprawdzić efekt Mpemby? Eksperymenty w praktyce

Czym jest efekt Mpemby? Zaskakujące zjawisko fizyczne

Efekt Mpemby to zjawisko, w którym podgrzana woda zamarza szybciej niż zimna w jednakowych i z góry określonych warunkach. Choć wydaje się to sprzeczne z intuicją, liczne obserwacje wskazują, że podgrzana woda może szybciej osiągnąć stan stały niż taka sama ilość wody zimnej. Fenomen ten nie jest jednak w pełni zrozumiany, a jego przyczyny wciąż budzą kontrowersje.

Efekt Mpemby. Zjawisko znane już w starożytności

W przeciwieństwie do wielu zjawisk nazwanych imionami wielkich uczonych to wzięło swoją nazwę od nazwiska ucznia tanzańskiej szkoły średniej, Erasta B. Mpemby, który w 1963 roku zauważył, że podgrzana mieszanina do robienia lodów zamarza szybciej niż schłodzona.

Temat znany był jednak już w starożytności. W swoich pracach wspominali o nim m.in. Arystoteles, a potem także Kartezjusz. Dopiero współczesna nauka daje szanse na zrozumienie nieoczywistych procesów, które mogłyby wyjaśniać, dlaczego gorąca woda zachowuje się w tak nietypowy sposób.

Przeczytaj: Rzadkie zjawisko w Polsce. Występuje tylko na półkuli północnej

Dlaczego gorąca woda zamarza szybciej? Najważniejsze teorie

Do tej pory naukowcy zaproponowali kilka wyjaśnień efektu Mpemby. Jedna z teorii mówi o odparowywaniu wody – gorąca woda szybciej traci objętość przez parowanie, co skraca czas potrzebny do jej zamarznięcia. Inna hipoteza zakłada, że w cieplejszej wodzie nie tworzy się izolująca warstwa lodowego szronu, dzięki czemu chłodne powietrze może skuteczniej schładzać ciecz.

Na dodatek, różnice w cyrkulacji ciepła wewnątrz naczynia mogą wpływać na to, które części wody zamarzają jako pierwsze. Efekt Mpemby to zatem skomplikowana kombinacja procesów fizycznych, które nie zawsze są łatwe do odtworzenia, a czasem także do jednoczesnego obserwowania.

Czy efekt Mpemby jest prawdziwy? Różne opinie naukowców

Współczesne badania naukowe nie dają jednoznacznej odpowiedzi – wciąż brakuje konsensusu naukowego w tej sprawie. W 2020 roku zespół Johna Bechhoefera przeprowadził eksperymenty z mikroskopijnymi szklanymi kulkami, które pokazały, że obiekty o wyższej temperaturze mogą szybciej osiągnąć tzw. stan równowagi. Choć nie jest to bezpośredni dowód na efekt Mpemby w wodzie, to wynik badań sugeruje, że podobne mechanizmy mogą występować.

Są jednak sceptycy, tacy jak Harry Burridge i Paul Linden, twierdzą, że efekt Mpemby jest trudny do powtórzenia w kontrolowanych warunkach. Ich badania wskazują, że nawet minimalne zmiany w eksperymencie mogą zniwelować to zjawisko.

Zobacz: Efekt Coriolisa w przyrodzie, czyli jak wirują wody, wiatry i burze

Jak sprawdzić efekt Mpemby? Eksperymenty w praktyce

Chcesz sprawdzić efekt Mpemby samodzielnie? Wystarczy zamrażarka, dwa naczynia z wodą (jedno z ciepłą, drugie z zimną) i trochę cierpliwości. Umieść oba naczynia w zamrażarce i obserwuj, które z nich zamarznie szybciej. Pamiętaj jednak, że sukces eksperymentu zależy od wielu czynników, takich jak temperatura otoczenia, naczynia czy cyrkulacja powietrza.

Postaraj się, aby wszystkie parametry były maksymalnie zbliżone – naczynia identyczne, woda w tej samej ilości, a miejsce obu pojemników w zamrażarce w tej samej szufladzie (najlepiej, jeśli w trakcie eksperymentu nie będzie w niej żadnych innych produktów). Nie podgrzewaj też ciepłej wody do bardzo wysokich temperatur. Włożenie wrzątku do zamrażarki może skończyć się jej uszkodzeniem.