Знали ли вы, что горячая вода быстрее превращается в лёд, чем холодная? Эффект Мембы.

Горячая вода быстрее превращается в лёд, чем холодная? Звучит как-то сомнительно, не так ли? Как это горячая вода может замерзнуть быстрее холодной, если горячей сначала надо охладиться до температуры холодной, а холодная за это время охладится ещё сильнее? Несмотря на то, что в голове это не укладывается, это так. По крайней мере при определенных условиях. Видели видео, когда люди выходят на мороз с чашкой кипятка, выплескивают её вверх и она тут же замерзает, превращаясь в красоту? С холодной водой такой фокус не пройдет. Холодная вода так быстро не замерзнет и обольет вас.

Этот эффект заметил ещё Аристотель, потом о нём писали Френсис Бэкон и Рене Декарт. Но объяснения никто найти не мог.

Вновь этот эффект всколыхнул умы человечества в 1963 году в Танзании. Ученики на уроке учились готовить мороженое. Нужно было вскипятить молоко, добавить сахар, перемешать, чтобы сахар растворился, остудить смесь до комнатной температуры и поместить в морозильник, чтобы мороженое замерзло. Один мальчик по имени Эрасто Мпемба не успевал и решил не ждать, пока смесь остынет до комнатной температуры, поэтому засунул в морозилку горячий полуфабрикат. Каково же было удивление всех, когда оказалось, что его мороженое замерзло быстрее, чем у его товарищей, которые предварительно охлаждали смесь до комнатной температуры. Эрасто повторил эксперимент дома с обычной водой и вновь кипяток превратился в лёд быстрее холодной воды. Он спросил у своего школьного учителя физики, в чем дело, но тот лишь посмеялся над Эрасто и сказал, что по законам физики такое невозможно. Вскоре Эрасто перешел в другую школу, в которую приехал известный профессор Деннис Осборн, чтобы прочитать школьникам лекцию по физике. После лекции к нему подошел Эрасто Мпемба и поделился результатами своих экспериментов. Профессора это заинтересовало, они вместе проводили эксперименты и писали статьи в научные журналы такие как "Physics Education". Проведенная экспериментальная проверка подтвердила наличие эффекта, но не дала его объяснения. Условия эксперимента описываются следующим образом: 70 мл воды в 100-миллилитровых лабораторных стаканчиках на пенопластовых листах помещались в морозильную камеру бытового холодильника; чаще всего эффект наблюдался, когда один образец имел начальную температуру в 25 °C, а другой — 90 °C. Также они установили, что существенными факторами не являются как испарение жидкости, так и влияние растворенных в воде газов.  Этот эффект назвали Эффектом Мембы.

В 1977 году за исследования взялись ещё более серьезные ученые, вновь были статьи в "Scientific American", в которых говорилось, что эффект действительно есть, но проявляется не всегда.

Одна из последних и наиболее убедительных теорий (2017 год, Зи Чанг из Наньянгского технологического университета Сингапура) связана с водородными связями и скоростью прохождения процесса охлаждения. Если охлаждение происходит медленно, то будут действовать обыкновенные законы и горячая вода не перегонит холодную, время остывания будет описываться классической формулой с логарифмом разности температур. Если же процесс охлаждения производить достаточно быстро (критическая точка пока не выведена), то горячая вода при охлаждении не успеет восстановить структуру холодной воды и будет охлаждаться быстрее, потому что холодная вода имеет "подогрев" от коротких водородных связей, а в горячей воде эти связи длинные, а ковалентные связи расслаблены, поэтому запас энергии в них мал, отчего процесс охлаждения и нагревания идет быстрее.

У воды очень много нестандартных эффектов и свойств. О них можно даже написать отдельный материал, но главный вывод, который можно сделать из этой истории — детский интерес и любознательность совершают открытия чаще, чем научный подход, основанный на уже существующих теориях. Точного ответа на вопрос, почему все-таки горячая вода замерзает быстрее холодной, до сих пор не существует. Эффект Мембы не изучен полностью и нет четкого научного обоснования, почему он происходит. Есть лишь догадки и теории, которые то подтверждаются экспериментально, то — нет.