Замерзает ли горячая вода быстрее, чем холодная?
Это один из великих парадоксов науки: горячая вода замерзает быстрее, чем холодная. Но почему так происходит? Реальность такова, что научное сообщество все еще бьется над тем, чтобы попытаться объяснить это.
Идея о том, что горячая вода может замерзнуть быстрее, чем холодная, кажется совершенно нелогичной. Тем не менее это явление наблюдалось много раз. Поэтому можно с полным основанием спросить, каковы физические принципы, которые приводят к такому результату.
Прежде всего, вы должны знать, что у этого странного явления есть название. Ученые называют его эффектом Мпембы, в честь танзанийского студента, который сообщил, что испытал его в 1960-х годах. Однако еще в трудах Аристотеля есть свидетельства того, что горячая вода замерзает быстрее холодной - по всей видимости, с явным нарушением законов термодинамики. Однако ученые, заинтересовавшиеся этим явлением, сталкиваются с трудностями при создании экспериментальных условий, позволяющих запустить это явление. И поэтому трудно изучать его серьезно.
Некоторые отмечают, что утверждение - "горячая вода замерзает быстрее холодной" - достаточно расплывчато, чтобы дать повод для самых разных фантазий. Действительно, в зависимости от количества энергии, затрачиваемой на охлаждение воды ниже точки ее застывания, можно легко прийти к выводу, что эффект Мпембы реален.
Несколько гипотез относительно эффекта Мпембы
Однако в гипотезах, объясняющих это странное явление, недостатка нет. Простейшим из них было бы то, что испарение, которому подвергается объем горячей воды, является причиной уменьшения массы этой воды по сравнению с массой холодной воды. Этого было бы достаточно, чтобы обмануть его мир. Также было исследовано переохлаждение. Это явление позволяет воде оставаться жидкой при температуре ниже 0 °C. Поскольку горячая вода менее чувствительна к нему, может показаться, что она замерзает быстрее, чем холодная.
В 2012 году Королевское химическое общество (Великобритания) объявило конкурс, приглашая исследователей серьезно взглянуть на эту проблему. Победитель конкурса, хорватский аспирант, пришел к выводу, что конвекция является наиболее правдоподобным объяснением эффекта Мпембы. Поместите емкость с горячей водой в холодную среду, и действительно возникнут движения, которые перенесут тепло путем конвекции и позволят воде быстрее остыть. На самом деле, все эксперименты показывают, что этот эффект сходит на нет, если воду регулярно перемешивать в процессе охлаждения, прерывая конвекционные движения.
Однако тайна до сих пор кажется не до конца раскрытой. Ученые продолжают выдвигать гипотезы, порой несколько экзотические. А другие даже предполагают, что эффекта Мпембы вообще не существует.