Prečo horúca voda mrzne rýchlejšie ako studená? Zvláštny Mpembov jav vedci potvrdili aj v kvantovom svete
Mpembov jav sa doteraz nepodarilo uspokojivo vysvetliť, no existuje niekoľko teórií pre jeho existenciu.
Mpembov jav nám hovorí, že horúca voda môže zamrznúť rýchlejšie ako studená voda, a to aj napriek tomu, že je to na prvý pohľad paradox. Tento jav zatiaľ nemá uspokojivé vedecké vysvetlenie, no viacero štúdií skutočne potvrdilo, že existuje. Zároveň treba podotknúť, že nenastáva vždy.
Existuje niekoľko vysvetlení pre existenciu Mpembovho javu. Mpemba sa sám vyjadril, že najpravdepodobnejším vysvetlením je podchladenie spojené s konvekciou. Podchladená voda môže mať totiž nižší bod tuhnutia, ak je pôvodne chladnejšia, než tá, ktorá bola pôvodne teplejšia.
Zároveň však fyzici nevylučujú ani to, že teplejšia voda prúdi rýchlejšie, čím sa rýchlejšie ochladzuje. Zároveň sa však horúca voda výraznejšie odparuje, čím je jej v konečnom dôsledku menej a stuhne rýchlejšie.
Ďalšími vysvetleniami sú, že horúca voda môže spôsobiť unikanie vzduchu, ktorý sa v nej nachádza, alebo inak ovplyvňovať pôsobenie látok, ktoré sa vo vode nachádzajú.
O tom, že teplá voda mrzne skôr ako studená vedeli už antickí filozofi, napríklad Aristoteles. Táto zvláštna vlastnosť však dlhú dobu nebola predmetom systematického výskumu. Začal sa jej po prvýkrát venovať študent z Tanzánie, Erasto B. Mpemba, v roku 1963. Tento zvláštny jav si všimol náhodou pri príprave zmrzliny v školskej kuchyni a neskôr sa dozvedel, že zmrzlinári túto techniku používajú bežne. Zaujímavosťou je, že Mpembovi spočiatku nikto neveril a jeho tvrdenia považovali za nezmysel. Mpemba sa však nevzdal a opýtal sa na jav fyzika Denisa Osborna, ktorý experimentom zistil, že má Mpemba pravdu.
Neprehliadnite
Mpembov jav v kvantovom svete
Výskumníci z Kyoto University sa v rámci novej štúdie pozreli tam, kam sa pozrelo zatiaľ len málo vedcov. Chceli zistiť, ako môže Mpembov jav ovplyvňovať kvantové systémy. V rámci štúdie sa im podarilo odhaliť, že teplotný kvantový Mpembov jav sa môže uskutočniť za široké spektrum začiatočných podmienok.
“Kvantový Mpembov jav nesie spomienku pôvodných podmienok, ktoré vedú k zvláštnej termálnej relaxácii,” tvrdí vedúci projektu, Hisao Hayakawa.
Výskumníci v rámci štúdie pripravili experiment, v rámci ktorého pripravili dva systémy, vložené do tepelného kúpeľa. Cez jeden systém prúdila elektrina a druhý bol v stave rovnováhy. Následne oba systémy ponorili do nízkoteplotného rovnovážneho stavu, čo im umožnilo sledovať ich postupný vývoj k stavu pokoja v niekoľkých aspektoch, najdôležitejšie však z hľadiska teploty.
“Keď sa dve kópie navzájom pretli pred dosiahnutím rovnakého rovnovážneho stavu, teda keď sme sledovali ako sa horúcejšia časť stala chladnejšou a naopak, vedeli sme, že sme dosiahli kvantový Mpembov jav,” tvrdí spoluautor štúdie, Satoshi Takada.
Výskumníci počas experimentu zistili aj to, že môžu Mpembov jav v kvantovom svete uskutočniť pri širokom spektre rôznych parametrov. Výsledky štúdie otvárajú dvere ku skúmaniu kvantového Mpembovho javu pri ďalších možných aplikáciách.
Komentáre