Анатолий Пастухов Грандмастер

Над какой загадкой бьются ученые со времен Аристотеля?

Парадоксы встречаются везде. Случается, они надолго ставят в тупик ученых. По логике то или иное явление должно ведь происходить обязательно вот так, а оно почему-то происходит иначе и ситуация приобретает характер чертовщины.

Anna-Mari West , Shutterstock.com

Вот удивительный пример, подтверждающий сказанное. Но сначала немного о том, кто и как в наше время (минувший XX век) снова столкнулся с парадоксом, который ученые пока не могут объяснить с научной точки зрения.

Суть вопроса в том, что в 1963 году школьник Эрасто Мпембе (Танзания) со своими одноклассниками получил практическое задание от учителя: сделать мороженое и описать процесс. Как это водится у мальчишек, Эрасто забыл о задании. Вспомнил, когда его одноклассники уже вскипятили молоко, остудили его на воздухе, а для дальнейшего снижения температуры поставили в морозильную камеру холодильника. Эрасто, попав в цейтнот, решил ускорить выполнение задания и поставил в холодильник горячее молоко. Он полагал, что по времени почти сравняется с товарищами. Но оказалось, что он их даже обогнал! Его горячее молоко приобрело вид льдинок намного быстрее, чем их холодное!

Эрасто рассказал об этом чуде учителю. Но тот посмеялся над его выдумкой и предложил создать физику имени Мпембе. Однако парадоксом заинтересовался английский ученый, профессор физики Денис Осборн. В 1969 году в журнале «Physics Education» появилась его совместная с Эрасто статья, рассказывающая о том, что горячее молоко в холодильнике почему-то замерзает быстрее, чем холодное. «Эффект Мпембе» в том же году был описан и в американском научном журнале «American Journal of Physics». Сделал это Джордж Келл (Национальный исследовательский совет Канады).

Но научного объяснения парадоксу ученые так и не нашли, тема постепенно стала забываться. Справедливости ради надо заметить, что первым еще Аристотель обратил свое внимание на странное поведение горячих и холодных жидкостей при замерзании. Но он не смог дать объяснение феномену.

Если сгруппировать все попытки ученых в список догадок, предположений и гипотез, то будет вырисовываться такая картина (цитирую по Википедии):

«1. Горячая вода быстрее испаряется из контейнера, уменьшая тем самым свой объём, а меньший объём воды с той же температурой замерзает быстрее. В герметичных контейнерах холодная вода должна замерзать быстрее.

2. Наличие снеговой подкладки в морозильной камере холодильника. Контейнер с горячей водой плавит под собой снег, улучшая тем самым тепловой контакт со стенкой морозильника. Контейнер с холодной водой не плавит под собой снег. При отсутствии снеговой подкладки контейнер с горячей водой должен замерзать медленнее.

3. Холодная вода начинает замерзать сверху, ухудшая тем самым процессы теплоизлучения и конвекции, а значит и убыли тепла, тогда как горячая вода начинает замерзать снизу. При дополнительном механическом перемешивании воды в контейнерах холодная вода должна замерзать быстрее.

4. Наличие центров кристаллизации в охлаждаемой воде — растворенных в ней веществ. При малом количестве таких центров превращение воды в лед затруднено и возможно даже её переохлаждение, когда она остается в жидком состоянии, имея минусовую температуру. При одинаковом составе и концентрации растворов холодная вода должна замерзать быстрее.

5. Из-за разницы в энергии, запасённой в водородных связях. Чем теплее вода, тем большим оказывается расстояние между молекулами жидкости из-за увеличения отталкивающих сил. В результате водородные связи растягиваются, а, следовательно, запасают большую энергию. Эта энергия высвобождается при охлаждении воды — молекулы сближаются друг с другом. А отдача энергии и означает охлаждение".

Но это — лишь предположения. А предполагать, как известно, можно что угодно. В том числе и в науке. Пока же проблема Мпембе официально никак не решена. По этой причине Британское королевское химическое общество объявило в 2012 году конкурс на разгадку тайны «эффекта Мпембы». Приз победителю конкурса — 1000 фунтов стерлингов.

Сумма весьма приличная. И пока она никому не выдана. Можете попробовать ее получить, если сильны в физике или химии.

Статья размещена на сайте 8.03.2015

Комментарии (2):

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Войти через социальные сети:

  • Извините, что не в тему.
    Да покориться царь закону царства своего! – сказал в свое время Аристотель. Эта мысль Аристотеля была известна московским книжникам. Однако, Русь выбрала иной путь: лучше грозный царь, чем семибоярщина.

  • 6. Если бы вода состояла из молекул и только, она кипела бы при –90 (цифра по памяти, очень давно читал), то есть и мы вскипели бы. Молекулы объединены в агрегаты (другое название – кластеры). В кипятке они разрушены, а мелкие объекты заморозить легче.