يتجمد الماء على الفور. لماذا يتجمد الماء الساخن أسرع من الماء البارد؟

في هذه المقالة سوف ننظر في السؤال لماذا الماء الساخنيتجمد بشكل أسرع من البرد.

الماء الساخن يتجمد أسرع بكثير من الماء البارد! هذه الخاصية المذهلة للمياه، والتي لا يزال العلماء غير قادرين على العثور على تفسير دقيق لها، معروفة منذ العصور القديمة. على سبيل المثال، حتى في أرسطو، هناك وصف لصيد الأسماك في فصل الشتاء: قام الصيادون بإدخال قضبان الصيد في الثقوب في الجليد، بحيث تتجمد بشكل أسرع، سكبوا الماء الدافئ على الجليد. سميت هذه الظاهرة باسم إيراستو مبيمبا في الستينيات من القرن العشرين. لاحظ منيمبا تأثيرًا غريبًا أثناء صنع الآيس كريم، فلجأ إلى مدرس الفيزياء الدكتور دينيس أوزبورن للحصول على تفسير. أجرى مبيمبا والدكتور أوزبورن تجارب على الماء عند درجات حرارة مختلفة وخلصا إلى أن الماء المغلي تقريبًا يبدأ في التجمد بشكل أسرع بكثير من الماء في درجة حرارة الغرفة. أجرى علماء آخرون تجاربهم الخاصة وفي كل مرة حصلوا على نتائج مماثلة.

تفسير ظاهرة فيزيائية

لا يوجد تفسير مقبول بشكل عام لسبب حدوث ذلك. يقترح العديد من الباحثين أن بيت القصيد هو التبريد الفائق للسائل، والذي يحدث عندما تنخفض درجة حرارته إلى ما دون نقطة التجمد. بمعنى آخر، إذا تجمد الماء عند درجة حرارة أقل من 0 درجة مئوية، فيمكن أن تصل درجة حرارة الماء فائق التبريد، على سبيل المثال، إلى -2 درجة مئوية ويظل سائلاً دون أن يتحول إلى جليد. عندما نحاول تجميد الماء البارد، هناك احتمال أن يصبح شديد البرودة في البداية ولا يتصلب إلا بعد مرور بعض الوقت. تحدث عمليات أخرى في الماء الساخن. ويرتبط تحوله الأسرع إلى الجليد بالحمل الحراري.

الحمل الحراري- هذه ظاهرة فيزيائية ترتفع فيها الطبقات السفلية الدافئة من السائل وتسقط الطبقات العلوية المبردة.

يبدو من الواضح أن الماء البارد يتجمد بشكل أسرع من الماء الساخن، لأنه في ظل ظروف متساوية، يستغرق الماء الساخن وقتًا أطول ليبرد ومن ثم يتجمد. ومع ذلك، فقد أظهرت آلاف السنين من الملاحظات، وكذلك التجارب الحديثة، أن العكس هو الصحيح أيضًا: في ظل ظروف معينة، يتجمد الماء الساخن بشكل أسرع من الماء البارد. وتشرح قناة Sciencium Science هذه الظاهرة:

كما هو موضح في الفيديو أعلاه، فإن ظاهرة تجمد الماء الساخن بشكل أسرع من الماء البارد تُعرف باسم تأثير مبيمبا، نسبةً إلى إيراستو مبيمبا، وهو طالب تنزاني قام بصنع الآيس كريم كجزء من عملية صنع الآيس كريم. مشروع مدرسي. كان على الطلاب إحضار خليط من الكريمة والسكر حتى يغلي، وتركه يبرد، ثم وضعه في الثلاجة.

وبدلاً من ذلك، قام إراستو بوضع الخليط على الفور وهو ساخن دون انتظاره حتى يبرد. ونتيجة لذلك، بعد مرور ساعة ونصف، تم تجميد خليطه بالفعل، ولكن لم يتم تجميد خليط الطلاب الآخرين. مهتمًا بهذه الظاهرة، بدأ مبيمبا بدراسة الموضوع مع أستاذ الفيزياء دينيس أوزبورن، وفي عام 1969 نشرا بحثًا يفيد بأن الماء الدافئ يتجمد بشكل أسرع من الماء البارد. كانت هذه أول دراسة من نوعها، لكن الظاهرة نفسها مذكورة في أوراق أرسطو، التي يعود تاريخها إلى القرن الرابع قبل الميلاد. ه. كما لاحظ فرانسيس بيكون وديكارت هذه الظاهرة في دراستهما.

يسرد الفيديو عدة خيارات لشرح ما يحدث:

1. الصقيع مادة عازلة للكهرباء، وبالتالي فإن الماء البارد المثلج يخزن الحرارة بشكل أفضل من الزجاج الدافئ الذي يذيب الجليد عندما يتلامس معه
2. يحتوي الماء البارد على غازات مذابة أكثر من الماء الدافئ، ويتكهن الباحثون بأن هذا قد يلعب دورًا في معدل التبريد، على الرغم من أنه ليس من الواضح بعد كيف
3. يفقد الماء الساخن المزيد من جزيئات الماء من خلال التبخر، لذلك يتبقى عدد أقل للتجميد
4. يمكن أن يبرد الماء الدافئ بشكل أسرع بسبب زيادة تيارات الحمل الحراري. تحدث هذه التيارات لأن الماء الموجود في الزجاج يبرد أولاً على السطح والجوانب، مما يتسبب في غرق الماء البارد وارتفاع الماء الساخن. في الزجاج الدافئ، تكون تيارات الحمل الحراري أكثر نشاطًا، مما قد يؤثر على معدل التبريد.

ومع ذلك، في عام 2016، أجريت دراسة محكمة أظهرت العكس: الماء الساخن يتجمد بشكل أبطأ بكثير من الماء البارد. وفي الوقت نفسه، لاحظ العلماء أن تغيير موقع المزدوج الحراري - وهو جهاز يحدد التغيرات في درجات الحرارة - بمقدار سنتيمتر واحد فقط يؤدي إلى ظهور تأثير مبيمبا. وأظهرت دراسة لدراسات أخرى مماثلة أنه في جميع الحالات التي لوحظ فيها هذا التأثير، كان هناك إزاحة للمزدوجة الحرارية داخل سنتيمتر واحد.

تقدم الجمعية الملكية البريطانية للكيمياء مكافأة قدرها 1000 جنيه إسترليني لأي شخص يستطيع أن يشرح علميًا سبب تجمد الماء الساخن بشكل أسرع من الماء البارد في بعض الحالات.

"لا يزال العلم الحديث غير قادر على الإجابة على هذا السؤال الذي يبدو بسيطًا. يستخدم صانعو الآيس كريم والسقاة هذا التأثير في عملهم اليومي، لكن لا أحد يعرف حقًا سبب نجاحه. وقال البروفيسور ديفيد فيليبس، رئيس الجمعية الملكية البريطانية للكيمياء، كما نقل عنه بيان صحفي للجمعية، إن هذه المشكلة معروفة منذ آلاف السنين، وقد فكر فيها فلاسفة مثل أرسطو وديكارت.

كيف هزم طباخ من أفريقيا أستاذ فيزياء بريطاني

ليس نكتة كذبة أبريلولكن قاسية واقع جسدي. إن العلم الحديث، الذي يتعامل بسهولة مع المجرات والثقوب السوداء، ويبني مسرعات عملاقة للبحث عن الكواركات والبوزونات، لا يستطيع تفسير كيفية "عمل" الماء الأولي. الكتاب المدرسيينص بوضوح على أن تبريد الجسم الأكثر سخونة يستغرق وقتًا أطول من تبريد الجسم البارد. ولكن بالنسبة للمياه، لا يتم مراعاة هذا القانون دائما. وقد لفت أرسطو الانتباه إلى هذه المفارقة في القرن الرابع قبل الميلاد. ه. هذا ما كتبته اليونانية القديمةفي كتاب الأرصاد الجوية الأول: «إن تسخين الماء مسبقًا يساهم في تجميده. لذلك، كثير من الناس، عندما يريدون تبريد الماء الساخن بشكل أسرع، يضعونه أولاً في الشمس..." في العصور الوسطى، حاول فرانسيس بيكون ورينيه ديكارت تفسير هذه الظاهرة. للأسف، لم يتمكن الفلاسفة العظماء ولا العديد من العلماء الذين طوروا الفيزياء الحرارية الكلاسيكية من تحقيق ذلك، وبالتالي تم "نسيان" هذه الحقيقة المزعجة لفترة طويلة.

وفقط في عام 1968 "تذكروا" بفضل التلميذ إراستو مبيمبي من تنزانيا، بعيدًا عن أي علم. أثناء دراسته في مدرسة فنون الطهي عام 1963، تم تكليف مبيمبي البالغ من العمر 13 عامًا بمهمة صنع الآيس كريم. وبحسب التقنية، كان من الضروري غلي الحليب، وتذويب السكر فيه، وتبريده إلى درجة حرارة الغرفة، ثم وضعه في الثلاجة لتجميده. على ما يبدو، لم يكن مبيمبا طالبًا مجتهدًا وكان مترددًا. خوفًا من عدم وصوله إلى نهاية الدرس، وضع الحليب الساخن في الثلاجة. ولدهشته، تجمد حتى قبل حليب رفاقه المعد وفقًا لجميع القواعد.

عندما شارك مبيمبا اكتشافه مع مدرس الفيزياء، ضحك عليه أمام الفصل بأكمله. تذكر مبيمبا الإهانة. وبعد خمس سنوات، كان بالفعل طالبًا في جامعة دار السلام، وحضر محاضرة ألقاها الفيزيائي الشهير دينيس جي أوزبورن. بعد المحاضرة، سأل العالم سؤالاً: "إذا أخذت حاويتين متطابقتين بكميتين متساويتين من الماء، إحداهما عند 35 درجة مئوية (95 درجة فهرنهايت) والأخرى عند 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت)، ووضعتهما في مكان واحد". في الفريزر، فإن الماء الموجود في وعاء ساخن سوف يتجمد بشكل أسرع. لماذا؟" ولكم أن تتخيلوا رد فعل أستاذ بريطاني على سؤال من شاب من تنزانيا المهجورة. لقد سخر من الطالب. ومع ذلك، كان مبيمبا جاهزًا لمثل هذه الإجابة وتحدى العالم للمراهنة. انتهى نزاعهم باختبار تجريبي أكد أن مبيمبا كان على حق وهزم أوزبورن. وهكذا كتب الطباخ المتدرب اسمه في تاريخ العلم، ومن الآن فصاعدا تسمى هذه الظاهرة "تأثير مبيمبا". من المستحيل التخلص منها والإعلان عنها على أنها "غير موجودة". الظاهرة موجودة، وكما كتب الشاعر «لا تضر».

هل جزيئات الغبار والمواد المذابة هي المسؤولة؟

على مر السنين، حاول الكثيرون حل لغز تجميد الماء. تم اقتراح مجموعة كاملة من التفسيرات لهذه الظاهرة: التبخر، والحمل الحراري، وتأثير المواد الذائبة - ولكن لا يمكن اعتبار أي من هذه العوامل نهائيًا. لقد كرس عدد من العلماء حياتهم كلها لتأثير مبيمبا. موظف بقسم السلامة الإشعاعية جامعة الدولةنيويورك - جيمس براونريدج - إن وقت فراغوقد تم دراسة المفارقة لأكثر من عقد من الزمن الآن. وبعد إجراء مئات التجارب، يزعم العالم أن لديه أدلة على "الذنب" الناجم عن انخفاض حرارة الجسم. يوضح براونريدج أنه عند درجة حرارة 0 درجة مئوية، يصبح الماء شديد البرودة، ويبدأ في التجمد عندما تنخفض درجة الحرارة إلى ما دون ذلك. يتم تنظيم نقطة التجمد عن طريق الشوائب الموجودة في الماء - فهي تغير معدل تكوين بلورات الجليد. تتمتع الشوائب، مثل جزيئات الغبار والبكتيريا والأملاح الذائبة، بدرجة حرارة نووية مميزة عندما تتشكل بلورات الجليد حول مراكز التبلور. عند وجود عدة عناصر في الماء في وقت واحد، يتم تحديد نقطة التجمد بواسطة العنصر الذي لديه أعلى درجة حرارة للتنوي.

لإجراء التجربة، أخذ براونريدج عينتين من الماء لهما نفس درجة الحرارة ووضعهما في الثلاجة. واكتشف أن إحدى العينات تتجمد دائمًا قبل الأخرى، ربما بسبب مجموعة مختلفة من الشوائب.

ويقول براونريدج إن الماء الساخن يبرد بشكل أسرع لأن هناك فرقًا أكبر بين درجتي حرارة الماء والفريزر – وهذا يساعده على الوصول إلى نقطة التجمد قبل أن يصل الماء البارد إلى نقطة التجمد الطبيعية، وهي أقل. على الأقل، عند 5 درجات مئوية.

ومع ذلك، فإن منطق براونريدج يثير العديد من الأسئلة. ولذلك، فإن أولئك الذين يستطيعون تفسير تأثير مبيمبا بطريقتهم الخاصة لديهم فرصة للتنافس على جائزة ألف جنيه إسترليني من الجمعية الملكية البريطانية للكيمياء.

يعد الماء من أروع السوائل في العالم، وله خصائص غير عادية. على سبيل المثال، الجليد هو حالة صلبة من السائل جاذبية معينةأقل من الماء نفسه، مما جعل ظهور الحياة وتطورها على الأرض ممكنًا إلى حد كبير. بالإضافة إلى ذلك، في العلوم الزائفة، و العالم العلميهناك مناقشات حول أي الماء يتجمد بشكل أسرع - ساخنًا أم باردًا. أي شخص يستطيع إثبات أن السائل الساخن يتجمد بشكل أسرع في ظل ظروف معينة ويثبت حله علميًا سيحصل على مكافأة قدرها 1000 جنيه إسترليني من الجمعية الملكية البريطانية للكيميائيين.

خلفية

حقيقة أنه في ظل عدد من الظروف، يتجمد الماء الساخن بشكل أسرع من الماء البارد، لوحظ في العصور الوسطى. لقد بذل فرانسيس بيكون ورينيه ديكارت الكثير من الجهد في شرح هذه الظاهرة. ومع ذلك، من وجهة نظر الهندسة الحرارية الكلاسيكية، لا يمكن تفسير هذه المفارقة، وقد حاولوا التكتم عليها بخجل. كان الدافع لاستمرار النقاش هو قصة غريبة إلى حد ما حدثت للتلميذ التنزاني إيراستو مبيمبا في عام 1963. في أحد الأيام، أثناء درس تحضير الحلويات في مدرسة الطهاة، لم يكن لدى الصبي، المشتت بأشياء أخرى، الوقت الكافي لتبريد خليط الآيس كريم في الوقت المناسب ووضع محلول ساخن من السكر في الحليب في الثلاجة. ولدهشته، تم تبريد المنتج بشكل أسرع إلى حد ما من زملائه الطلاب الذين لاحظوا نظام درجة الحرارة لإعداد الآيس كريم.

في محاولة لفهم جوهر الظاهرة، تحول الصبي إلى مدرس الفيزياء، الذي، دون الخوض في التفاصيل، سخر من تجاربه في الطهي. ومع ذلك، تميز إراستو بمثابرة تحسد عليها وواصل تجاربه ليس على الحليب، بل على الماء. وأصبح مقتنعا أنه في بعض الحالات يتجمد الماء الساخن بشكل أسرع من الماء البارد.

بعد دخوله جامعة دار السلام، حضر إراستو مبيمبي محاضرة ألقاها البروفيسور دينيس جي أوزبورن. وبعد الانتهاء منها، حير الطالب العالم بمشكلة تتعلق بمعدل تجمد الماء حسب درجة حرارته. د.ج. سخر أوزبورن من طرح السؤال، وأعلن بكل ثقة أن أي طالب فقير يعرف أن الماء البارد سوف يتجمد بشكل أسرع. ومع ذلك، فإن مثابرة الشاب الطبيعية جعلت نفسها محسوسة. لقد راهن مع الأستاذ، واقترح إجراء اختبار تجريبي هنا في المختبر. وضع إراستو حاويتين من الماء في الثلاجة، أحدهما عند درجة حرارة 95 درجة فهرنهايت (35 درجة مئوية) والآخر عند درجة حرارة 212 درجة فهرنهايت (100 درجة مئوية). تخيل مفاجأة الأستاذ و"المعجبين" المحيطين به عندما تجمد الماء في الحاوية الثانية بشكل أسرع. ومنذ ذلك الحين، أُطلق على هذه الظاهرة اسم "مفارقة مبيمبا".

ومع ذلك، حتى الآن لا توجد فرضية نظرية متماسكة تشرح "مفارقة مبيمبا". ليس من الواضح أي منها عوامل خارجية, التركيب الكيميائيالماء، فوجود الغازات والمعادن الذائبة فيه يؤثر على معدل تجميد السوائل عند درجات حرارة مختلفة. وتكمن مفارقة «تأثير مبيمبا» في أنها تتناقض مع أحد القوانين التي اكتشفها نيوتن، والتي تنص على أن زمن تبريد الماء يتناسب طرديا مع فرق درجة الحرارة بين السائل والبيئة. وإذا كانت جميع السوائل الأخرى تخضع تماما لهذا القانون، فإن الماء في بعض الحالات هو استثناء.

لماذا يتجمد الماء الساخن بشكل أسرع؟ت

هناك عدة إصدارات حول سبب تجمد الماء الساخن بشكل أسرع من الماء البارد. أهمها هي:

• يتبخر الماء الساخن بشكل أسرع، بينما يتناقص حجمه، ويبرد حجم أصغر من السائل بشكل أسرع - عند تبريد الماء من +100 درجة مئوية إلى 0 درجة مئوية، تصل الخسائر الحجمية عند الضغط الجوي إلى 15٪؛
• شدة التبادل الحراري بين السائل و بيئةكلما زاد الفرق في درجة الحرارة، وبالتالي فإن فقدان حرارة الماء المغلي يمر بشكل أسرع؛
• عندما يبرد الماء الساخن، تتشكل قشرة من الجليد على سطحه، مما يمنع السائل من التجمد والتبخر تمامًا؛
• في درجة حرارة عاليةيتم خلط الماء بالحمل الحراري، مما يقلل من وقت التجميد؛
• تعمل الغازات الذائبة في الماء على خفض درجة التجمد، مما يزيل الطاقة اللازمة لتكوين البلورات - ولا توجد غازات ذائبة في الماء الساخن.

وقد تم اختبار كل هذه الشروط تجريبيا مرارا وتكرارا. وعلى وجه الخصوص، اكتشف العالم الألماني ديفيد أورباخ أن درجة حرارة تبلور الماء الساخن أعلى قليلاً من درجة حرارة الماء البارد، مما يجعل من الممكن أن يتجمد الأول بسرعة أكبر. ومع ذلك، تعرضت تجاربه لاحقًا لانتقادات وأصبح العديد من العلماء مقتنعين بأن "تأثير مبيمبا"، الذي يحدد أي الماء يتجمد بشكل أسرع - ساخنًا أم باردًا، لا يمكن إعادة إنتاجه إلا في ظل ظروف معينة، لم يبحث عنها أحد ويحددها حتى الآن.

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على أي الماء يتجمد بشكل أسرع، ساخنًا أم باردًا، لكن السؤال نفسه يبدو غريبًا بعض الشيء. والمعنى الضمني، وهذا معروف من الفيزياء، هو أن الماء الساخن لا يزال يحتاج إلى وقت ليبرد إلى درجة حرارة الماء البارد الذي تتم مقارنته حتى يتحول إلى جليد. ويمكن للمياه الباردة أن تتجاوز هذه المرحلة، وبالتالي تكسب الوقت.

لكن الإجابة على سؤال ما هو الماء الذي يتجمد بشكل أسرع - باردًا أم ساخنًا - بالخارج في البرد يعرفها أي مقيم في خطوط العرض الشمالية. في الواقع، من الناحية العلمية، اتضح أنه على أي حال، الماء البارد لا بد أن يتجمد بشكل أسرع.

مدرس الفيزياء، الذي اتصل به التلميذ إراستو مبيمبا في عام 1963، فكر في نفس الشيء عندما طلب توضيح سبب استغراق الخليط البارد من الآيس كريم المستقبلي وقتًا أطول للتجميد مقارنة بمزيج مماثل ولكنه ساخن.

"هذه ليست فيزياء عالمية، ولكنها نوع من فيزياء مبيمبا"

في ذلك الوقت، ضحك المعلم فقط على هذا، لكن دينيس أوزبورن، أستاذ الفيزياء، الذي زار ذات مرة نفس المدرسة التي درس فيها إراستو، أكد تجريبيًا وجود مثل هذا التأثير، على الرغم من عدم وجود تفسير له في ذلك الوقت. في عام 1969، في الشعبية مجلة علميةتم نشر مقال مشترك من قبل هذين الشخصين الذي وصف هذا التأثير الغريب.

منذ ذلك الحين، بالمناسبة، فإن مسألة أي الماء يتجمد بشكل أسرع - ساخنًا أم باردًا - لها اسمها الخاص - تأثير مبيمبا، أو المفارقة.

لقد كان السؤال موجودًا منذ فترة طويلة

وبطبيعة الحال، حدثت مثل هذه الظاهرة من قبل، وقد ورد ذكرها في أعمال علماء آخرين. لم يكن تلميذ المدرسة مهتمًا بهذه المسألة فحسب، بل فكر فيها أيضًا رينيه ديكارت وحتى أرسطو في وقت واحد.

لكنهم بدأوا في البحث عن طرق لحل هذه المفارقة فقط في نهاية القرن العشرين.

شروط حدوث المفارقة

كما هو الحال مع الآيس كريم، ليس الماء العادي فقط هو الذي يتجمد أثناء التجربة. يجب أن تكون هناك شروط معينة لبدء الجدال حول أي الماء يتجمد بشكل أسرع - بارد أم ساخن. ما الذي يؤثر على مسار هذه العملية؟

الآن، في القرن الحادي والعشرين، تم طرح العديد من الخيارات التي يمكن أن تفسر هذه المفارقة. أي الماء يتجمد بشكل أسرع، ساخنًا أم باردًا، قد يعتمد على حقيقة أن معدل تبخره أعلى من الماء البارد. وبالتالي يقل حجمه، ومع انخفاض الحجم يصبح زمن التجميد أقصر مما لو أخذنا نفس الحجم الأولي من الماء البارد.

لقد مر وقت طويل منذ أن قمت بإذابة الثلاجة.

أي الماء يتجمد بشكل أسرع وسبب حدوث ذلك يمكن أن يتأثر ببطانة الثلج التي قد تكون موجودة في ثلاجة الثلاجة المستخدمة في التجربة. إذا أخذت إناءين متماثلين في الحجم، لكن أحدهما يحتوي على ماء ساخن والآخر يحتوي على ماء بارد، فإن الوعاء الذي يحتوي على الماء الساخنسوف يذيب الثلج الموجود أسفله، وبالتالي يحسن اتصال المستوى الحراري بجدار الثلاجة. حاوية مع ماء باردلا أستطيع أن أفعل ذلك. إذا لم يكن هناك مثل هذه البطانة مع الثلج في حجرة الثلاجة، فيجب أن يتجمد الماء البارد بشكل أسرع.

أسفل العلوي

كما يتم شرح ظاهرة تجمد الماء بشكل أسرع - ساخنًا أم باردًا - على النحو التالي. باتباع قوانين معينة، يبدأ الماء البارد في التجمد من الطبقات العليا، بينما يفعل الماء الساخن العكس - فهو يبدأ في التجمد من الأسفل إلى الأعلى. اتضح أن الماء البارد، الذي يحتوي على طبقة باردة في الأعلى مع الجليد المتكون بالفعل في بعض الأماكن، يؤدي إلى تفاقم عمليات الحمل الحراري والإشعاع الحراري، مما يفسر الماء الذي يتجمد بشكل أسرع - بارد أم ساخن. مرفق صور من تجارب الهواة، وهذا واضح هنا.

تنطفئ الحرارة، وتندفع نحو الأعلى، وهناك تلتقي بطبقة باردة جدًا. أتمنى لك رحلة مجانيةولا يوجد إشعاع حراري، فتصبح عملية التبريد صعبة. الماء الساخن ليس لديه مثل هذه العوائق على الإطلاق في طريقه. أيهما يتجمد بشكل أسرع - بارد أم ساخن، ما الذي يحدد النتيجة المحتملة؟ يمكنك توسيع الإجابة بالقول إن أي ماء يحتوي على مواد معينة مذابة فيه.

الشوائب في الماء كعامل يؤثر على النتيجة

إذا كنت لا تغش وتستخدم الماء بنفس التركيبة، فأين التركيزات؟ مواد معينةمتطابقة، فيجب أن يتجمد الماء البارد بشكل أسرع. ولكن إذا حدثت حالة عند حلها العناصر الكيميائيةتتوفر فقط في الماء الساخن، والماء البارد لا يوجد بها، فمن الممكن أن يتجمد الماء الساخن في وقت مبكر. ويفسر ذلك أن المواد الذائبة في الماء تكوّن مراكز تبلور، ومع قلة هذه المراكز يصعب تحول الماء إلى الحالة الصلبة. بل من الممكن أن يتم تبريد الماء بشكل فائق، بمعنى أنه في درجات حرارة أقل من الصفر سيكون في حالة سائلة.

لكن يبدو أن كل هذه الإصدارات لم تناسب العلماء تمامًا واستمروا في العمل على هذه المسألة. في عام 2013، قال فريق من الباحثين في سنغافورة إنهم تمكنوا من حل لغز قديم.

ويزعم مجموعة من العلماء الصينيين أن سر هذا التأثير يكمن في كمية الطاقة المخزنة بين جزيئات الماء في روابطها التي تسمى الروابط الهيدروجينية.

الجواب من العلماء الصينيين

ما يلي هو المعلومات، لفهم ما تحتاج إلى بعض المعرفة بالكيمياء لفهم الماء الذي يتجمد بشكل أسرع - ساخن أم بارد. وكما هو معروف، فهي تتكون من ذرتين H (هيدروجين) وذرة O (أكسجين)، مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية.

ولكن أيضًا تنجذب ذرات الهيدروجين الموجودة في جزيء واحد إلى الجزيئات المجاورة، إلى مكون الأكسجين الخاص بها. وتسمى هذه الروابط روابط الهيدروجين.

ومن الجدير بالذكر أن جزيئات الماء لها تأثير مثير للاشمئزاز على بعضها البعض. لاحظ العلماء أنه عند تسخين الماء، تزداد المسافة بين جزيئاته، مما يسهل ذلك من خلال القوى التنافرية. اتضح أنه من خلال احتلال نفس المسافة بين الجزيئات في الحالة الباردة، يمكن القول إنها تتمدد، ولديها مخزون أكبر من الطاقة. إن احتياطي الطاقة هذا هو الذي يتم إطلاقه عندما تبدأ جزيئات الماء في الاقتراب من بعضها البعض، أي يحدث التبريد. وتبين أن احتياطيًا أكبر من الطاقة في الماء الساخن، وإطلاقه بشكل أكبر عند التبريد إلى درجات حرارة أقل من الصفر، يحدث بشكل أسرع منه في الماء البارد، الذي يحتوي على احتياطي أقل من هذه الطاقة. إذن أي الماء يتجمد بشكل أسرع - بارد أم ساخن؟ في الشارع وفي المختبر، يجب أن تحدث مفارقة مبيمبا، ويجب أن يتحول الماء الساخن إلى جليد بشكل أسرع.

لكن السؤال لا يزال مفتوحا

لا يوجد سوى تأكيد نظري لهذا الحل - كل هذا مكتوب بصيغ جميلة ويبدو معقولاً. ولكن عندما يتم تطبيق البيانات التجريبية التي يتجمد فيها الماء بشكل أسرع - ساخنًا أو باردًا - وعرض نتائجها، فيمكن اعتبار مسألة مفارقة مبيمبا مغلقة.