Физики нашли объяснение парадокса Мпембы

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.

Год назад ученые впервые записали на видео квантовый эксперимент, иллюстрирующий парадокс Шредингера. Такая технология может в дальнейшем помочь проиллюстрировать другие молекулярные системы и явления, к примеру, фотосинтез.