Испанские физики предложили объяснение «парадоксу Мпембы», известному еще со времен Аристотеля — что иногда горячая жидкость может замерзать быстрее холодной.

В последние десятки лет эффект Мпембы исследовался и наблюдался в различных физических системах помимо воды, в том числе — в углеродных нанотрубках и клатратных гидратах, однако до сих пор феномен не понят до конца. Было выдвинуто несколько объяснений, и даже поставлен под сомнение сам факт наличия этого явления.

В новейшем исследовании Антонио Ласанта и его соавторы теоретически продемонстрировали и изучили эффект Мпембы на примере сыпучих тел, состоящих, как песок, из мелких частиц. При помощи моделирования и кинетики они установили, что основополагающим фактором проявления эффекта Мпембы являются начальные условия, и смогли определить, какими они должны быть.

«Наша работа показывает, что существование эффекта Мпембы весьма чувствительно к изначальному состоянию жидкости или, другими словами, ее истории, — говорит коллега Ласанты Андрес Сантос. — По моему мнению, это может объяснить неуловимость и противоречивость эффекта Мпембы в воде, поскольку сложно подготовить образец должным образом». Но использование вместо воды сыпучих тел упрощает задачу.

Ученые установили, что эффект Мпембы — универсальный неравновесный феномен, который появляется, если эволюция температуры зависит от других физических величин, характеризующих изначальное состояние системы, объяснил Сантос. На практике, такое изначальное состояние может быть достигнуто, если система в значительной степени выводится из равновесия (например, путем внезапного нагревания перед охлаждением).

Теперь испанские физики могут установить диапазон начальных температур, в котором возникает этот эффект, и определить, насколько должны отличаться значения, чтобы он проявился. Также их работа подтверждает существование обратного эффекта Мпембы: при нагревании более холодный образец может достичь высокой температуры быстрее, чем теплый. Ученые намерены продолжить исследование этого парадокса, пишет Phys.org.