ลองนึกภาพถ้าคุณต้องการน้ำสองแก้วเหมือนกันทุกประการ แต่หนึ่ง: อุณหภูมิของพวกเขา หนึ่งมีน้ำร้อน อื่น ๆ เย็น คุณใส่ทั้งสองไว้ในช่องแช่แข็ง ices ไหนก่อน?
คำตอบดูเหมือนชัดเจนใช่ไหม มันต้องเป็นแก้วเย็น - น้ำภายในมีองศาน้อยลง และแม้ว่าคุณจะคำนึงถึงระหว่างสภาพแวดล้อมและน้ำร้อนในที่สุดมันก็จะไปถึงอุณหภูมิของน้ำเย็นต่อไป - ณ จุดนี้มันจะทำในสิ่งที่ทำ แต่ต่อมาต้องเป็นน้ำเย็นที่ค้างก่อน
เอ่อ…ทำไมไม่?
“ น้ำ [ซึ่ง] ก่อนหน้านี้ได้รับความอบอุ่น […] เย็นลงเร็วกว่านี้” ดังนั้นเขียนอริสโตเติลบางครั้งประมาณ 340 ปีก่อนคริสตศักราช เขาคิดว่าความรู้ทั่วไป:“ [M] ทุกคนเมื่อพวกเขาต้องการทำให้น้ำร้อนเย็นลงอย่างรวดเร็วเริ่มต้นด้วยการวางมันไว้ในดวงอาทิตย์” เขาชี้ให้เห็น
มีความเชื่อมั่นในการแฮ็คทางอุณหพลศาสตร์นี้ในทำนองเดียวกัน:“น้ำอุ่นเครื่องจำนวนเล็กน้อยได้ง่ายซึ่งเย็นสนิท-เขาเขียนในปี 1620 บทประพันธ์ของเขาอวัยวะใหม่- หรือในภาษาอังกฤษ:“ น้ำอุ่นเล็กน้อยค้างได้ง่ายกว่าน้ำเย็นอย่างสมบูรณ์” แม้แต่เดส์การ์ต - เขาเป็นความคิดและแอมมิงดังนั้นจึงตระหนักถึงแนวคิดการอ้างสิทธิ์ในของเขาวาทกรรมเกี่ยวกับวิธีการ“ น้ำที่ถูกเก็บไว้ในกองไฟเป็นเวลานานค้างเร็วกว่าน่านน้ำอื่น ๆ ”
มันไม่ได้จนกระทั่งศตวรรษที่ 20 แม้ว่า - 1969 จะแม่นยำ - ปรากฏการณ์นี้เกี่ยวข้องกับชื่อที่ตอนนี้ Bears: Mpemba
“ ชื่อของฉันคือ EraSto B Mpemba และฉันจะบอกคุณเกี่ยวกับการค้นพบของฉันซึ่งเป็นเพราะการใช้ตู้เย็นในทางที่ผิด” เริ่มต้นกระดาษสิ่งนี้นำเสนอปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ตอบโต้ได้ง่าย มันจะเล่าถึงความพยายามที่ไม่เรียบร้อยในการทำไอศกรีม:“ หลังจากซื้อนมจากผู้หญิงในท้องถิ่นฉันก็เริ่มเดือด” MPEMBA เขียน “ รู้ว่าถ้าฉันรอให้นมต้มเย็นลงก่อนที่จะวางไว้ในตู้เย็นฉันจะสูญเสียน้ำแข็งครั้งสุดท้ายที่มีอยู่ฉันตัดสินใจที่จะเสี่ยงต่อการถูกทำลายให้กับตู้เย็นในวันนั้นด้วยการใส่นมร้อนลงไป”
แต่เขาไม่ได้อยู่คนเดียวใน Shenanigans ที่ใช้นมของเขาในวันนั้น “ เด็กชายอีกคนที่ซื้อนมเพื่อทำไอศครีมวิ่งไปที่ตู้เย็นเมื่อเขาเห็นฉันต้มนมและผสมนมอย่างรวดเร็วกับน้ำตาลและเทลงในถาดน้ำแข็งโดยไม่เดือดมันเพื่อที่เขาจะไม่พลาดโอกาสของเขา” Mpemba อธิบาย “ เด็กชายอีกคนและฉันกลับไปอีกหนึ่งชั่วโมงครึ่งในภายหลังและพบว่าถาดนมของฉันแช่แข็งเป็นไอศครีมในขณะที่เขายังคงเป็นของเหลวหนา ๆ แต่ยังไม่แข็งตัว”
โดยธรรมชาติแล้วสิ่งนี้ทำให้เด็กชายงงงวยและ MPEMBA ถามครูฟิสิกส์ของเขาว่าทำไมมันถึงเกิดขึ้น ... เท่านั้นที่จะบอกว่าเขาผิด “ คุณสับสน” เขาจำได้ว่าอาจารย์ของเขาพูดว่า “ นั่นไม่สามารถเกิดขึ้นได้”
หลายปีของการเยาะเย้ยและการปฏิเสธในภายหลัง MPEMBA มีโอกาสที่จะตั้งคำถามกับศาสตราจารย์ฟิสิกส์จริง - และเขาได้รับการต้อนรับที่อบอุ่นขึ้นเล็กน้อย
“ ฉันสารภาพว่าฉันคิดว่าเขาเข้าใจผิด” เดนิสออสบอร์นนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยดาร์เอสซาลามซึ่ง MPEMBA ในที่สุดก็ท้าทายเขาเขียน “ แต่โชคดีที่ [ฉัน] จำได้ว่าจำเป็นต้องส่งเสริมให้นักเรียนพัฒนาคำถามและทัศนคติที่สำคัญไม่ควรมีคำถามใด ๆ ที่จะเยาะเย้ย”
ความเปิดกว้างของออสบอร์นคือเครดิตของเขา: เขามอบหมายให้ช่างเทคนิคคนหนึ่งของเขาทำซ้ำการทดลองและพวกเขายืนยันว่าน้ำร้อนได้หยุดเร็วขึ้น ในความเป็นจริงพบการไล่ระดับสีที่ค่อนข้างสูงชัน: น้ำที่ร้อนแรงที่สุดที่ประมาณ 90 ° C (194 ° F) ใช้เวลาเพียง 30 นาทีในการแช่แข็งในขณะที่น้ำที่มีอุณหภูมิเริ่มต้น 70 ° C (158 ° F) ใช้เวลามากกว่าสองเท่าในเวลานั้น น้ำที่เย็นที่สุดที่ทดสอบทั้งหมดที่ 20 ° C (68 ° C) - เย็นพอที่คุณไม่ต้องการว่ายน้ำได้แน่นอน - ใช้เวลาทั้ง 100 นาทีในการแช่แข็ง
หลักฐานอยู่ใน - และดูเหมือนว่าจะสนับสนุนการยืนยันของ MPEMBA แต่ทำไม?
มันทำงานอย่างไร?
ผลลัพธ์น่าประหลาดใจ - และคำอธิบายนั้นเข้าใจยาก “ มีการเสนอคำอธิบายที่เป็นไปได้มากมายสำหรับผลกระทบ” ในมหาวิทยาลัยของ California Riverside Monwhea Jengเขียนในปี 1998“ แต่จนถึงตอนนี้การทดลองยังไม่แสดงอย่างชัดเจนซึ่งถ้ามีกลไกที่เสนอเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุดถ้ามี”
สำหรับเดส์การ์ตคำตอบนั้นง่าย:“ เหตุผล” สำหรับปรากฏการณ์เขากล่าวว่า“ อนุภาคของ [น้ำ] ที่สามารถหยุดการงอระเหยได้อย่างน้อยที่สุดในขณะที่น้ำถูกทำให้ร้อน” กล่าวอีกนัยหนึ่ง: การต้มน้ำก่อนกำจัดบิตร้อน หรืออะไรบางอย่าง ดูสิมันไม่ได้ค่อนข้างถูกต้อง - แต่Renéเก่าอาจไม่ไกลจากเครื่องหมาย
“ ในขณะที่น้ำอุ่นขึ้นในขั้นต้นจะเย็นลงถึงอุณหภูมิเริ่มต้นของน้ำเย็นเริ่มแรกมันอาจสูญเสียน้ำปริมาณมากไปสู่การระเหย” เจ็งชี้ให้เห็น “ มวลที่ลดลงจะทำให้น้ำเย็นลงและแช่แข็งได้ง่ายขึ้น”
“ คำอธิบายนี้เป็นของแข็งใช้งานง่ายและการระเหยมีความสำคัญอย่างไม่ต้องสงสัยในสถานการณ์ส่วนใหญ่” เขาเขียน “ แต่มันไม่ใช่กลไกเดียวเท่านั้น”
นักวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ได้นำเสนอคำอธิบายที่เป็นไปได้ที่หลากหลายสำหรับเอฟเฟกต์ MPEMBA บางที,มันมีบางอย่างเกี่ยวกับผลของการให้ความร้อนต่อพันธะโควาเลนต์ของน้ำ อาจจะมีบางอย่างเกี่ยวกับระดับของก๊าซภายในน้ำ
“ น้ำร้อนสามารถเก็บก๊าซที่ละลายได้น้อยกว่าน้ำเย็นและแก๊สจำนวนมากหนีออกมาเมื่อเดือด” เจ็งอธิบาย “ มีการคาดการณ์ว่าสิ่งนี้เปลี่ยนคุณสมบัติของน้ำในทางใดทางหนึ่งบางทีอาจทำให้ง่ายต่อการพัฒนากระแสการพาความร้อน (และทำให้ง่ายต่อการเย็น) หรือลดปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการแช่แข็งมวลน้ำหรือเปลี่ยนจุดเดือด”
ค่อยๆเป็นของทั้งหมด: บางทีมันอาจจะไม่เกี่ยวข้องกับน้ำตัวเองเลย. ติดน้ำอุ่นบางส่วนในช่องแช่แข็งที่เป็นมาตรฐานและความร้อนอาจละลายน้ำค้างแข็งบางส่วนที่อยู่รอบ ๆ มันเชื่อมต่อภาชนะกับวัสดุที่เป็นสื่อนำไฟฟ้าได้มากขึ้น ในขณะเดียวกันน้ำที่เย็นกว่านั้นถูกหุ้มด้วยชั้นน้ำค้างแข็งรอบ ๆ-เช่นเดียวกับชั้นที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวด้วยอุณหภูมิต่ำกว่า
การทดลองล่าสุดได้ให้ผลการแก้ปัญหาที่ใช้งานง่ายน้อยลง “ เราทุกคนมีภาพที่ไร้เดียงสาที่กล่าวว่าอุณหภูมิควรเปลี่ยนแบบโมโนทู” โอเรนราซนักฟิสิกส์ที่ศึกษากลไกทางสถิติที่ไม่มีควิลิเบียมที่สถาบันวิทยาศาสตร์ Weizmann ในอิสราเอลบอกกับในปี 2565 เท่าไหร่- “ คุณเริ่มต้นที่อุณหภูมิสูงจากนั้นอุณหภูมิปานกลางและไปที่อุณหภูมิต่ำ”
แต่สำหรับวัตถุที่ขับออกมาจากดุลยภาพ - พูดโดยบังคับให้มันหลั่งพลังงานความร้อนให้เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ -“ มันไม่จริงที่จะบอกว่าระบบมีอุณหภูมิ” เขาอธิบาย “ เนื่องจากเป็นกรณีที่คุณสามารถมีทางลัดแปลก ๆ ได้”
คำอธิบายใหม่ของเอฟเฟกต์ MPEMBA ได้หลงทางทฤษฎีควอนตัม-ฟิสิกส์เลเซอร์, และการเปลี่ยนแปลงของ Markovianของของแข็ง ปรากฏการณ์นี้ยังถูกค้นพบทำงานย้อนหลังด้วยระบบเย็นที่ร้อนขึ้นเร็วกว่าระบบที่อบอุ่น
แต่เท่าที่เราเรียนรู้เกี่ยวกับปรากฏการณ์เรายังไม่มีคำอธิบายทั้งหมดสำหรับมัน - และอาจมีเหตุผลที่ดีมากสำหรับสิ่งนั้น
เอฟเฟกต์ MPEMBA เป็นจริงหรือไม่?
เป็นไปได้ไหมว่าเอฟเฟกต์ MPEMBA นั้นอธิบายไม่ได้ ... เพราะมันไม่มีอยู่จริง? ในฐานะที่เป็นปรากฏการณ์เป็นครั้งแรกดูเหมือนว่าความคิดดูเหมือนจะโง่ที่จะแนะนำหลังจากหลักฐานทั้งหมดนี้สนับสนุน - แต่ในทางเทคนิคแล้วมันยังคงเป็นคำถามที่เปิดกว้าง
“ เอฟเฟกต์ MPEMBA ไม่สามารถสังเกตได้ในทางที่มีความหมายใด ๆ ” เป็นบทสรุปของการศึกษาปี 2559โดย Imperial College London นักฟิสิกส์ Henry Burridge และ University of Cambridge Mathematican Paul Linden ไม่เพียง แต่การวิเคราะห์ผลลัพธ์ก่อนหน้านี้ทำให้พวกเขาเชื่อว่าตัวอย่างเกือบทั้งหมดของเอฟเฟกต์ MPEMBA นั้นเป็น“ ชายขอบ” แต่พยายามที่จะสร้างผลลัพธ์ในตัวเองได้เปิดเผยตัวแปรที่น่าประหลาดใจอย่างน่าประหลาดใจ: ความสูงของเทอร์โมมิเตอร์
“ การรายงานข้อมูลส่วนใหญ่เป็นข้อสังเกตของผลกระทบ MPEMBA มาจากการศึกษาที่ไม่ได้รายงานความสูงที่วัดอุณหภูมิ” ทั้งคู่ชี้ให้เห็น ที่เลวร้ายยิ่งกว่าสำหรับเอฟเฟกต์ MPEMBA พวกเขาพบว่าการใช้อุณหภูมิเหล่านั้นที่ความสูงต่างกัน - แม้แต่ที่แยกออกจากกันเพียงเซนติเมตร - พวกเขาสามารถ "ผลิต" ผลกระทบที่ไม่ได้อยู่หากพวกเขาวัดจากสถานที่เดียวกัน
“ แม้จะมีความพยายามอย่างเต็มที่ แต่เราก็ไม่สามารถทำการสังเกตผลกระทบทางกายภาพใด ๆ ซึ่งสามารถอธิบายได้อย่างสมเหตุสมผลว่าเป็นเอฟเฟกต์ MPEMBA” พวกเขาสรุป - และการทดลองก่อนหน้านี้เพื่อสนับสนุนปรากฏการณ์“ อาจมีการเปลี่ยนแปลงโดยการบันทึกอุณหภูมิโดยไม่ต้องติดตามความสูงอย่างแม่นยำ”
“ เราไม่ได้รับความสนใจจากข้อสรุปเช่นนี้ค่อนข้างตรงกันข้าม” พวกเขากล่าวเสริม “ เอฟเฟกต์ MPEMBA ได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นปริศนาที่ยอดเยี่ยมซึ่งการมีส่วนร่วมและความสนใจผู้คนทุกวัยและภูมิหลังในการแสวงหาความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์อย่างไรก็ตามบทบาทของนักวิทยาศาสตร์คือการตรวจสอบข้อเท็จจริงและความรู้เพิ่มเติมโดยการรายงานข้อสรุป
ถึงกระนั้นนักฟิสิกส์อื่น ๆ อีกหลายคนยังคงเชื่อมั่นในความถูกต้องของเอฟเฟกต์ เราอาจยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ แต่คาดว่าจะเป็นเทอร์โมไดนามิกที่ไม่มี Quilibrium เป็นสาขาที่แปลกและไม่ได้ใช้งานง่ายและมีหลายอย่างที่เรายังไม่ได้เปิดเผยเกี่ยวกับเรื่องนี้
“ ผลกระทบที่น่าสนใจเกิดขึ้นเมื่อคุณทำการดับอุณหภูมิจากความเย็นถึงร้อน” Raúl Rica Alarcónนักวิจัยหลังปริญญาเอกในภาควิชาฟิสิกส์ประยุกต์ของมหาวิทยาลัยกรานาดาบอกกับมหาวิทยาลัยกรานาดาHowstuffworks- และเอฟเฟกต์ MPEMBA เขากล่าวว่าน่าจะเป็น“ หนึ่งในกลุ่มใหญ่ของผลกระทบความร้อนที่ผิดปกติซึ่งเกิดขึ้นเมื่อระบบถูกสัมผัสกับอ่างความร้อนที่อุณหภูมิแตกต่างกัน”
“ มุมมองของฉันคือเอฟเฟกต์ MPEMBA สามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้สถานการณ์พิเศษบางอย่าง” เขากล่าว “ แต่เรายังคงพยายามที่จะคิดออกว่าอะไรคือเงื่อนไขที่น้อยที่สุดสำหรับสิ่งนี้ที่จะเกิดขึ้น”
