Швидке замерзання гарячої води може бути протиріччям всім фізичним законам. Хоча ефект було помічено ще за часів Аристотеля, науці досі не вдалося повністю зрозуміти причини цього явища.
Цікавий факт трапився у 60-х роках в одній з африканських країн. Вона була відома під назвою Танганьїка. Після приєднання до Занзібару її назва змінилася на Танзанію. Юний учень робив завдання у рамках кулінарного уроку, який проходив у їхньому навчальному закладі. Ерасто отримав завдання з приготування морозива. Для досягнення цієї мети йому потрібно було з'єднати кілька частин молока, води та цукру, підігріти на вогні, потім остудити суміш і помістити її в холодильник доти, доки не вийде крижана маса. Не дочекавшись повного остигання суміші, він поставив одну зі склянок у холодильник. На його подив, саме цей стаканчик, який він охолодив не повністю, перший перетворився на морозиво.
Уявлення про те, що рідина, підігріта до високої температури, може охолонути швидше за холодну, здається неправдоподібною і суперечливою першому принципу термодинаміки. Викладач з фізики, якому було викладено дослід Ерасто, глузував з цього.
Але молодий дослідник не збирався здаватися і продовжував наполягати на своїй ідеї. Якось до їхнього навчального закладу запросили професора фізики Дениса Осборна зі столичного університету для проведення лекції, Ерасто Мпемба вирішив поділитися своїм незвичайним дослідом із новим учителем.
Інтерес, спричинений словами хлопчика, змусив професора провести кілька експериментальних дослідів. В результаті досліди підтвердили слова хлопчика: нагріта вода може замерзати швидше, ніж охолоджена, що вразило вченого. Дослідження Дениса Осборна були представлені в 1969 р., в яких був згаданий і Ераст Мпемба, учень місцевого коледжу. Завдяки цьому дослідженню, Ерасто став відомим у Танзанії до закінчення навчання. Нині вчені продовжують дослідження цього цікавого процесу під час заморожування води. До цього часу немає універсального роз'яснення цього явища, яке влаштувало б усіх дослідників.
При першому погляді завдання здавалося простим, але його формулювання було недостатньо ясним. З одного боку, не було зрозуміло, що мається на увазі під терміном "точка замерзання". З іншого - можна поставити запитання, чи початкова температура може бути одним фактором, який впливає на різницю між швидкістю замерзання води різної температури. Ймовірно, існують інші фізичні фактори, що залежать від температури води, які можуть впливати на швидкість замерзання рідини.
Існують деякі теорії, які надають пояснення для дивної поведінки гарячої води під час замерзання:
1. Одне з можливих пояснень незвичайної поведінки гарячої води при замерзанні полягає в тому, що швидке випаровування гарячої води може призвести до більш швидкого охолодження та замерзання, ніж холодної води. Утворення дрібних кристалів льоду при випаровуванні води в холодному повітрі може бути одним із факторів, що пояснює незвичайну поведінку гарячої води при замерзанні. Згодом, за подальшого охолодження, вони формуються в зародки майбутніх кристалів льоду.
2. Інша можлива теорія полягає в тому, що коли випаровується гаряча вода – відбувається зменшення її загального об'єму в контейнері, що, у свою чергу, призводить до більш швидкого охолодження меншої кількості води.
3. Третє пояснення полягає в тому, що нагріта вода містить мало нуклеаційних центрів, таких як бульбашки повітря або мікроскопічні частинки, які сприяють утворенню льоду, що ускладнює її замерзання.
4. Коли температура води підвищується, молекули води стають більш рухливими, що призводить до збільшення відстані між ними. Така зміна взаємодії між молекулами води підвищує потенційну енергію системи. При охолодженні молекули води стають щільніше упакованими, а енергія між молекулами вивільняється в довкілля, прискорюючи процес охолодження.
5. Коли вода нагрівається, молекули починають рухатися швидше і віддаляються одна від одної. Це дозволяє їм приймати найбільш хаотичні розташування, схожі на ті, що молекули приймають у кристалічному льоду. При досягненні температури замерзання молекули вже розташовані в наближених один до одного місцях, що дозволяє льоду швидко утворюватися без витрати додаткових сил на розриви зв'язку. Однак, при досягненні точки замерзання води, потрібно витратити певну кількість часу та енергії, щоб перервати взаємозв'язки між молекулами.
6. Деякі науковці не впевнені в тому, що ефект Мпемби дійсно існує, і вважають, що це лише припущення. Якщо всі умови експерименту будуть повністю ідентичними (обсяг, хімічний та фізичний склад, судини та холодильник), то тепліша вода повинна замерзати повільніше, ніж вода з нижчою температурою.
Незважаючи на те, що точного пояснення ефекту Мпемби досі не знайдено, важливо знати, що вода є одним із основних джерел живлення нашого організму, і її якість відіграє важливу роль для здоров'я. Тому, щоб убезпечити себе та свою сім'ю від шкідливих домішок у воді, найкраще замовляти чисту артезіанську воду з доставкою додому чи офісу.
