Парадокс Мпембы

В 60-е годы прошлого века школьник из Танганьики Эрасто Мпемба заметил, что нагретая сладкая жидкость превращается в мороженое гораздо быстрее, чем холодная.

Эти наблюдения натолкнули его на мысль, что с горячей водой будет то же самое, что противоречит логике. Ведь «путь до замерзания» у кипятка должен быть дольше, чем у охлажденной жидкости. С этим вопросом мальчик обратился к профессору Деннису Осборну, который однажды посетил школу. Эрасто его озадачил.

По указанию физика в университете Дар-эс-Салама были проведены эксперименты, которые доказали, что юный исследователь говорит правду. Горячая вода в некоторых случаях действительно замерзала быстрее холодной! Это явление получило название парадокса Мпембы, однозначное объяснение которому не найдено до сих пор. Удивительно, что парадокс был описан еще Аристотелем – жители Понта делали лед из горячей воды.

А было это более 2 000 лет назад.В 2012 году Королевским химическим обществом Великобритании был объявлен международный конкурс на лучшее обоснование эффекта Мпембы. И вот, что из этого вышло.

Чем же объясняется парадокс?

На международный конкурс были направлены 22 000 научных работ, но ни одна из них не была признана единственно верной. По одной из версий горячая вода на открытом воздухе замерзает быстрее за счет испарения. При испарении уменьшается объем, а меньший объем застывает гораздо быстрее.

По другой – разгадка кроется в содержании растворенных газов. При нагревании они испаряются и больше не препятствуют экстремальному охлаждению кипятка. Схожий эффект наблюдается и при разном содержании растворенных веществ, если вода взята из разных источников. Большее количество примесей затрудняет замерзание.

Но по условиям эксперимента образцы воды должны быть идентичны по составу.Парадокс Мпембы может возникать и из-за скорости высвобождения энергии из водородных связей между молекулами воды. При нагревании внутренняя энергия вещества увеличивается, и водородные связи удлиняются. При охлаждении молекулы воды снова сближаются друг с другом, освобождая запасенную энергию.

В растянутых водородных связях кипятка ее однозначно больше, чем в охлажденной воде. Несмотря на то, что все гипотезы кажутся разумными, научные споры о парадоксе Мпембы не утихают. Уже замечено, что он имеет и обратный эффект, который наблюдается при нагреве холодной воды.

Исследования продолжаются и, возможно, скоро в мире на одну загадку природы станет меньше. Зато сколько невероятных фотографий она нам подарила!