Физики подтвердили эффект замерзания горячей воды быстрее холодной

Эффект Мпембы, согласно которому горячая вода замерзает быстрее холодной, ученые впервые наблюдали в модели жидкости из неупругих шариков. Новая работа поможет разобраться в эффекте, само существование которого некоторые ученые оспаривают. Статья с результатами опубликована в журнале Physical Review Letters.

В 1963 году школьник из Республики Танганьика Эрасто Мпемба обратил внимание на то, что теплая смесь мороженого замерзает быстрее, чем холодная. Несмотря на то, что подобные наблюдения содержатся в трудах многих исторических деятелей, начиная с Аристотеля, исследование данного вопроса началось только во второй половине XX века, и за описанным явлением закрепилось название «эффект Мпембы».

В изначальном виде эффект недостаточно строго сформулирован для того, чтобы поставить однозначно интерпретируемый эксперимент. Ученые предлагали много возможных объяснений: влияние конвекционных потоков, переохлаждение, необычное поведение водородных связей между молекулами, различие скоростей испарения, наличие центров кристаллизации. Тем не менее не все ученые согласны даже с существованием самого явления. В частности, в 2016 году в журнале Scientific Reports вышла статья, авторы которой не обнаружили искомого эффекта для воды в тщательно контролируемых условиях.

В новой работе коллектива испанских физиков рассматривается модель жидкости в виде сыпучей среды, ключевой особенностью которой было то, что она представляет собой совокупность неупруго взаимодействующих шариков. В результате при соударении таких частиц они теряют энергию не только посредством тепловых потерь, что ускоряет процесс охлаждения.

Авторы обнаружили эффект Мпембы для определенного диапазона параметров системы, а также подтвердили существование «обратного эффекта Мпембы», то есть возможности более быстрого нагревания изначально более холодного тела. Физики утверждают, что явление может существовать в широком классе разнообразных систем. Также необходимо отметить, что изученная авторами ситуация больше соответствует изначальному эксперименту Мпембы (с молоком), чем опыты с чистой водой, так как крупные молекулы, растворенные в воде, также могут играть определяющую роль в явлении.