Эффект Мпембы: реальность или заблуждение?

 
Какая вода замёрзнет быстрее – горячая или холодная? По чисто человеческой логике, конечно же, холодная. Горячей воде сначала нужно остыть до температуры холодной, и только потом начнётся кристаллизация. Следовательно, ей понадобится больше времени.
 
Только вот у физики своя логика. Потому в определённых условиях горячая вода может замёрзнуть быстрее. Это явление известно как эффект Мпембы.
Явление названо в честь танзанийского школьника Эрасто Мпембы, который в 1963 году заметил, что горячая смесь для мороженого застывает в морозилке быстрее, чем холодная. Позже Мпемба вместе с профессором Деннисом Осборном провёл эксперименты с водой и в 1969 году опубликовал совместную статью.
 

 
Интересно, что такие наблюдения описывали ещё Аристотель, Фрэнсис Бэкон и Рене Декарт. Однако в XX веке наука долго списывала всё на ошибки измерений или случайные факторы.
 
Физики сходились на том, что в процессе задействован комплекс из нескольких бытовых факторов:
 
·  Испарение: горячая вода активно испаряется, теряя массу, а меньший объем жидкости естественно замерзает быстрее.
 
·  Конвекция: в горячей воде из-за большой разницы температур между стенками сосуда и центром происходит макроперемешивание, ускоряющее отдачу тепла.
 
·  Растворённые газы: в горячей воде газов меньше, и отсутствие микропузырьков может влиять на процесс образования кристаллов льда.
 
Когда же объяснений не хватило для точных математических моделей, физики из Сингапура заглянули внутрь самой молекулы воды. Они связывали эффект с поведением водородных связей. При нагревании эти связи между молекулами воды ослабевают, из-за чего они немного отдаляются, а внутримолекулярные ковалентные связи слегка сжимаются.
 
Авторы предположили, что это состояние позволяет воде быстрее отдавать тепло при последующем охлаждении. Идея интересна, но осталась гипотезой и не стала общепринятым объяснением.
 
Самое интересное случилось, когда начали перепроверять феномен в абсолютно стерильных условиях, исключив конвекцию, испарение и случайные примеси. В идеальной контролируемой среде эффект Мпембы исчезал.
 
Научный мир разделился. Большинство исследователей считают, что универсального «парадоксального» эффекта, противоречащего базовой физике, не существует. Однако в определённых реальных условиях горячая вода действительно может замерзнуть быстрее холодной.
 
То есть эффект Мпембы – не термодинамический парадокс, а реальность с условным, нелинейным характером. Чтобы он случился, должен сложиться целый пазл: геометрия стакана, теплопроводность подставки в морозилке и химический состав воды… Классическая физика здесь прекрасно работает – просто детали оказываются интереснее, чем кажется на первый взгляд.