آیا واقعاً آب داغ سریع تر از آب سرد یخ می زند؟

آیا آب داغ سریع تر از آب سرد یخ می زند؟ مشخص است که پاسخ آن خیر است زیرا در شرایط برابر آب داغ در مقایسه با آب سرد به زمان بیشتری برای خنک شدن نیاز دارد و بنابراین امکان ندارد که سریع تر یخ بزند.

گویا آی تی – اما مشاهدات در طول هزاران سال و همچنین آزمایش های مدرن بی شمار نشان داده است که خلاف این قضیه درست است – تحت شرایط به دقت کنترل شده، به نظر می رسد آب داغ چند برابر آب سرد سریع تر یخ می زند.
این اتفاق چگونه ممکن است؟ خوب، دانشمندان هنوز سردرگم هستند – در حقیقت آنها هنوز در وهله اول مشغول اثبات این موضوع هستند، این چیزی است که در اولین قسمت شبکه جدید علمی دِرِک مولر یعنی Sciencium توضیح داده می شود.
مشخص شده است که یخ زدن آب کمی بیشتر از آنچه که شما تصور می کنید پیچیده است.
پدیده یخ زدن سریع تر آب داغ نسبت به آب سرد با عنوان تاثیر Mpemba شناخته می شود که به احترام اِراستو اِمپِمبا دانش آموز تانزانیایی نام گذاری شده است که در سال ۱۹۶۳ به عنوان پروژه مدرسه خود بستنی تولید می کرد.

دانش آموزان قرار بود تا ترکیبی از خامه و شکر را بجوشانند سپس اجازه دهند خنک شود و بعد آن را در داخل فریزر قرار دهند.
امپمبا که نگران پیدا کردن مکانی برای ترکیب خود در فریزر بود، ترکیب خود را در حالی که هنوز داغ بود در فریزر قرار داد، اما ترکیب او بعد از ۵/۱ ساعت یخ زده بود در حالی که ترکیب همکلاسی های او هنوز یخ نزده بود.
او که از این پدیده شگفت زده شده بود پیش پروفسور دنیس اوزبورن رفت تا این موضوع را با او در میان بگذارد، آنها یافته های خود را با همدیگر تبادل کرده و در سال ۱۹۶۹ مقاله ای را منتشر کردند که نشان می داد آب گرم سریع تر از آب سرد یخ می زند.
این اولین مطالعه کارشناسی درباره این پدیده بود، اما دِرِک اشاره می کند که مشاهدات در این زمینه به زمان ارسطو در قرن چهارم قبل از میلاد باز می گردد، ارسطو در طول آزمایشات خود مشاهده کرده بود که دمای آب داغ زودتر از آب سرد پایین می آید.
سِر فرانسیس باکون و دِسکارتِس نیز در مطالعات خود متوجه این پدیده شده بودند.
اما کدام اصل فیزیک در ورای این پدیده عجیب قرار دارد؟

۵ مکانیسم پیشنهادی برای این قضیه ارائه شده است:
۱٫ ذوب برفک: برفک یک عایق است و بنابراین آب سرد برفکی می تواند بهتر از یک ظرف شیشه ای گرم که برفک در کناره های آن ذوب می شود، گرما را حفظ کند.
۲٫ گازهای حل شده: در آب سرد نسبت به آب گرم گازهای حل شده بیشتری وجود دارد و پژوهشگران پیش بینی می کنند که این موضوع می تواند در میزان سرد شدن نقش داشته باشد، اگرچه هنوز چگونگی آن مشخص نیست.
۳٫ فراسرمایش: همه ما می دانیم که آب در صفر درجه سانتیگراد یخ می زند، اما برخی اوقات بدون این که یخ بزند دمای آن به پایین تر از صفر می رسد – این پدیده با نام فراسرمایش شناخته می شود. این پدیده به این دلیل روی می دهد که یخ برای تشکیل شدن به فضایی مانند یک حباب هوایی یا ناخالصی در آب برای هسته زایی نیاز دارد. بنابراین آب گرم در مقایسه با آب سرد ممکن است فراسرمایش کمتری را تجربه کند.
۴٫ بخار شدن: ظرف آب داغ در جریان بخار شدن مولکول های آب بیشتری را از دست می دهد، در نتیجه در آب گرم مولکول های کمتری برای یخ زدن وجود دارند.
۵٫ همرفت (انتقال گرما): در آخر، تصور بر این است که آب گرم به دلیل وجود جریان های همرفت افزایش یافته سریع تر سرد شود. این جریان ها به این دلیل روی می دهند که سرد شدن آب از سطح و کناره های ظرف آغاز می شود، این باعث می شود آب سرد پایین رفته و آب گرم بالا بیاید و جای آن را بگیرد. این جریان ها در ظروف آب گرم بیشتر هستند و می توانند بر میزان سرد شدگی تاثیر بگذارند.

هر کدام از این ایده ها می توانند درست باشند، اما مشکل این است که در طول سال های متمادی آزمایش های متعددی برای کنترل این تاثیرات انجام شده است، اما نتایج آنها به طور ناامید کننده ای متناقض بوده است.
برخی از آزمایشگاه ها کلاً در نشان دادن تاثیر امپمبا ناموفق بوده اند، در حالی که برخی آزمایشگاه های دیگر نشان داده اند که این پدیده حتی در شرایط گوناگون نیز روی می دهد.
پس پاسخ چیست؟ یک تحقیق جدید که امسال منتشر شده اشاره می کند که احتمال دارد تاثیر امپمبا به طور کلی توسط چیز دیگری اتفاق افتاده باشد و آن با سرعت سرد شدن آب داغ هیچ ارتباطی نداشته باشد.
دِرِک در یک ویدئو این موضوع را توضیح می دهد، شما می توانید در کانال جدید او عضو شوید.
ناراحت کننده است که ما بعد از چند هزار سال مشاهدات گوناگون هنوز درباره یک موضوع ابتدایی مانند یخ زدن آب اطلاعات زیادی نداریم. البته علم بهترین راهنمای ما خواهد بود.