Прoсмoтрoв:
984
Кoммeнтaриeв:

Нaуку чaстo двигaют дилeтaнты, кoтoрыe нe знают, что определенных вещей не может быть, потому что их быть не может. Если бы шмель знал аэродинамику, то он, возможно, и не смог бы летать. А танганьикский (ныне часть Танзании) ученик Эрасто Мпемба вряд ли хорошо знал в 1963 году термодинамику, иначе бы он сам не поверил в то, что позднее получит имя «Эффекта Мпембы».

«Эффект Мпембы» — феномен замерзания горячей воды быстрее, чем холодной. Источник изображения:weiaozhou.com

История парадокса

В 1963 году Эрасто на занятии по поварскому искусству должен был научиться самостоятельно делать мороженое. Полученное задание требовало вскипятить молоко, затем растворить указанное по рецепту количество сахара. После этого полученную смесь требовалось охладить до нормальных условий и поместить в холодильник, чтобы мороженое замерзло. Однако Мпемба не успевал все выполнить по требуемым условиям, чтобы вложиться в отпущенное время он, после растворения сахара поместил в холодильник горячую смесь. К немалому изумлению ученика, его мороженое замерзло в холодильнике скорее, чем охлажденная смесь у сотоварищей.

Эрасто Мпемба, ученик средней школы из Танзании, который в 1960-х годах во время приготовления мороженого обнаружил, что горячая вода замерзает быстрее.

Трудно сказать, чья сласть оказалась в результате вкуснее, но сам факт более быстрого замерзания нагретой жидкости, чем охлажденной, оказался поразительным. Мпемба попробовал повторить свой эксперимент с чистой водой, в результате иногда имевшая большую температуру вода кристаллизовалась раньше холодной. Ученик поделился своими результатами со школьным преподавателем физики, но педагог высмеял Эрасто. Слова учителя были примерно такими: «Это физика Мпембы, а не мировая».

Вскоре Эрасто сменил Магамбинскую СШ на Мквавскую, но опыты с водой не забросил. Вскоре новую школу Мпембы посетил известный профессор Деннис Осборн из Дар-Эс-салама, приехавший почитать учащимся лекции по физике. Не в меру любопытный молодой человек поделился с профессором данными своих наблюдений и попросил разъяснений.

Исследования Осборна

Деннис Осборн не смог объяснить непонятное явление, противоречащее здравому смыслу. В самом деле, для замерзания горячая жидкость должна сначала охладиться до температуры холодной жидкости, а на это требуется некоторое время, за которое холодная жидкость станет еще холоднее. Таким образом, холодная жидкость дойдет быстрее до точки замерзания, а следовательно быстрее превратится в лед. Конечно, это справедливо только при условии одинаковой массы горячей и холодной жидкостей. Однако иногда ситуация непонятным образом менялась на противоположную.

Парадокс заинтересовал Денниса Осборна. Он начал экспериментировать с жидкостями, временами подключая к своим работам Эрасто, благо проведение эксперимента не требовало никаких специфических знаний или умений.

Эрасто Мпемба и профессор Деннис Осборн. Источник изображения: soha.vn

Результатом проведенной работы стала совместная статья, опубликованная за подписями Осборна и Мпембы в солидном научном издании «Physics Education». После этого парадокс с замерзанием воды получил название «Эффект Мпембы».

Независимые эксперименты

Научный мир заинтересовался полученными результатами. Вскоре подтверждение полученным результатам оказалось найдено в давних трактатах Аристотеля, Бэкона и Декарта. Великие ученые также утверждали, что при определенных условиях горячая вода может замерзать быстрее.

За исследования взялись серьезные ученые. В 1977 году американец Джерл Уокер на страницах „Scientific American“ напечатал свою статью с итогами осуществленных лично экспериментов. Согласно его результатам в части опытов «Эффект Мпембы» проявлял себя. Но полученные результаты иногда весьма сильно отклонялись от экспериментальных кривых, не поддаваясь никакому объяснению. Сам Уокер честно признался в том, что не в состоянии объяснить результаты некоторых экспериментов.

В результате действия парадокса Мпембы горячая вода превращается в лед быстрее, чем холодная. Источник изображения: physics-uk.wikia.com

В 2016 группа авторов издала в «Scientific Reports» (из группы «Nature») материал, где доказывалось, что «Эффекта Мпембы» в природе нет. Исследователи взяли 3 идентичных порции воды по 400 грамм но отличающиеся по температуре примерно на 30 C (21,8; 57,3; 84,7 C). Затем воду помещали в морозильник (термостатический), имевший температуру -18 C. В результате, чем холоднее была начальная жидкость, тем быстрее она замерзала (6397, 9504 и 10812 секунд). Первое начало термодинамики полностью подтвердило свою справедливость.

Однако в 2017 году две научные группы независимо друг от друга нашли теоретическую возможность для проявления «Эффекта Мпембы» в системах, состояние которых далеко от равновесного. Предполагается, что в таких системах распределение частиц по термодинамическим температурам далеко от функции Максвелла и возможно проявление неожиданных результатов.

Желтые линии — ковалентные связи атомов водорода (серые) с атомами кислорода (красные). Пунктиром на рисунке обозначены водородные связи молекул воды. Источник изображения: wikipedia.org

Ученые из Сингапура возглавляемые Си Чжаном по-своему объяснили подлинность «Эффекта Мпембы». По их утверждению энергия накопленная водородными связями нагретой воды выше, при остывании такая вода освобождает большее количество теплоты, следовательно и охлаждается быстрее.

А истина остается где-то рядом, может быть в вине…. )