Το παράδοξο του ζεστού νερού

Το ζεστό νερό μπορεί να παγώσει γρηγορότερα από το κρύο, όπως έδειξε μία νέα μελέτη

Ή τουλάχιστον, κάποιες φορές, κάτω από εξαιρετικές συνθήκες και με συγκεκριμένα δείγματα νερού.Νέα πειράματα έδωσαν στοιχεία για μία ειδική περίπτωση του παράδοξου φαινομένου Mpemba, σύμφωνα με το οποίο, το ζεστό νερό μετατρέπεται σε πάγο πολύ πιο γρήγορα από το κρύο νερό.
Το φαινόμενο Mpemba πήρε το όνομά του από έναν μαθητή από την Τανζανία, τον Erasto B. Mpemba, ο οποίος παρατήρησε, κατά την παρασκευή παγωτού με τους συμμαθητές του, πως το ζεστό γάλα παγώνει γρηγορότερα συγκριτικά με το κρύο γάλα.
Ο Mpemba και ο φυσικός Denis Osborne, δημοσίευσαν μία αναφορά σχετική με το φαινόμενο στο Physics Education το 1969. Ο Mpemba συμπεριλήφθηκε σε μία ομάδα διακεκριμένων ανθρώπων, που είχαν επίσης παρατηρήσει το φαινόμενο: τον Αριστοτέλη, τον Francis Bacon και τον René Descartes.
Εκ πρώτης όψεως, το φαινόμενο φαίνεται να στερείται λογικής εξήγησης. Το ζεστό νερό θα έπρεπε να κάνει περισσότερη ώρα να παγώσει συγκριτικά με το κρύο νερό, γιατί το κρύο νερό είναι πιο κοντά ως θερμοκρασία στους 0^ο Κελσίου.
Μετά, όμως, από επιστημονική έρευνα, τα πράγματα φαίνονται να ξεδιαλύνουν. Η νέα μελέτη δεν εξηγεί το φαινόμενο αλλά προσδιορίζει τις ειδικές εκείνες συνθήκες κάτω από τις οποίες συμβαίνει το φαινόμενο Mpemba, εάν τελικά πραγματικά υπάρχει.
«Σε γενικές γραμμές, τα αποτελέσματα είναι μια καλή αρχή, αλλά δεν είναι αρκετά μεθοδικά ώστε να μπορούμε να επιβεβαιώσουμε κάτι περισσότερο από το ότι απλά συμβαίνει,» σχολιάζει ο επιστήμονας David Auerbach, του οποίου τα πειράματα επιβεβαιώνουν και αυτά το φαινόμενο Mpemba.
Σε διάφορες μελέτες, που δημοσιεύτηκαν την τελευταία δεκαετία, κάποιες από τις οποίες ανήκουν και στον Auerbach, που διεξήγαγε την έρευνά του στο Ινστιτούτο Max Planck της Γερμανίας, έχουν καταγραφεί περιπτώσεις όπου το ζεστό νερό έχει παγώσει γρηγορότερα από το κρύο, αλλά όχι με αναπαραγωγικότητα, όπως υποστηρίζει ο James Brownridge του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης, στο Μπίνγκχαμπτον. «Κανένας δεν έχει καταφέρει να αναπαράγει τα αποτελέσματα “κατόπιν παραγγελίας”.»

Και αυτό ήταν που έκανε ο Brownridge. Σε ένα από τα πειράματά του, κατάφερε να παγώσει επανειλημμένα ένα δείγμα ζεστού νερού πολύ πιο γρήγορα από ένα παρόμοιο δείγμα κρύου νερού. Για να λειτουργήσει το πείραμα, ο Brownridge χρειάστηκε να αποστάξει το κρύο νερό, ενώ το ζεστό νερό ήταν απευθείας από τη βρύση.
Τοποθέτησε περίπου δύο κουταλιές του τσαγιού από κάθε δείγμα νερού σε μία χάλκινη συσκευή, η οποία ήταν βυθισμένη μέσα σε νερό, αποτρέποντας έτσι την εξάτμιση και επιτρέποντας την επίτευξη ίσων θερμοκρασιών. Το πάγωμα θεωρήθηκε δεδομένο όταν οι αισθητήρες έλαβαν ένα ηλεκτρικό σήμα, το οποίο προέκυψε με το σχηματισμό του πάγου.
Ο Brownridge ζέστανε το νερό της βρύσης στους 100^ο Κελσίου, ενώ το απεσταγμένο νερό ψύχθηκε στους 25^ο Κελσίου. Όταν τοποθετήθηκαν και τα δύο δείγματα μέσα στον καταψύκτη, το ζεστό νερό πάγωσε πριν το κρύο. Στη συνέχεια, ο Brownridge ξεπάγωσε τα δείγματα και επανέλαβε το πείραμα 27 φορές. Κάθε φορά, το ζεστό νερό της βρύσης πάγωνε πρώτο.
Το πείραμα λειτούργησε γιατί τα δύο δείγματα νερού είχαν διαφορετικά σημεία ψύξης. Οι διαφορές στο σχήμα, την τοποθεσία και τη σύσταση των ακαθαρσιών μπορούν να μεταβάλλουν τη θερμοκρασία ψύξης του νερού -η οποία τις περισσότερες φορές είναι κάτω από τους 0^ο Κελσίου.
Λόγω του ότι το πείραμα δεν συνέκρινε δύο πανομοιότυπα δείγματα νερού, το παράδοξο φαινόμενο Mpemba δεν έχει βρει ακριβώς την επιστημονική του εξήγηση. «Δεν είμαι τόσο υπερόπτης για να ισχυριστώ ότι έλυσα το μυστήριο,» ισχυρίζεται ο Brownridge. Σίγουρα όμως άνοιξε το δρόμο για να κατανοήσουμε πότε συμβαίνει.
Ο φυσικός χημικός Christoph Salzmann, από το Πανεπιστήμιο του Ντάρχαμ της Αγγλίας, υποστηρίζει πως δεν έχει πειστεί σχετικά με την ύπαρξη του φαινομένου Mpemba, γιατί υπάρχουν αναρίθμητα πράγματα που επηρεάζουν το χρόνο ψύξης, καθιστώντας αδύνατο τον απόλυτο έλεγχό του.
Το να προσπαθείς να υπολογίσεις πόση ώρα χρειάζεται ένα δείγμα νερού για να παγώσει «είναι σαν να προσπαθείς να προβλέψεις πότε θα γίνει ο επόμενος σεισμός ή πότε θα σημειώσει πτώση το χρηματιστήριο,» λέει χαρακτηριστικά ο Salzmann. «Δεν λέω με βεβαιότητα ότι δεν υπάρχει το φαινόμενο Mpemba, αλλά ακόμα δεν έχω πειστεί για την ύπαρξή του.»

Πηγή: Wired

Posted in: επιστήμη, Παράξενα