Sıcak Su Soğuk Sudan Önce Donar mı? Mpemba Etkisi

Bir bilmece gibi geliyor: Dondurucuya bir bardak sıcak, bir bardak soğuk su koyun. Hangisi önce buz olur? Sağduyu soğuk olanı söyler. Ama onlarca yıldır, bazen sıcak suyun kazandığına dair şaşırtıcı bir iddia dolaşıyor. Bir adı bile var: Mpemba etkisi. Doğru mu?

Bir öğrencinin dondurması

1963’te Tanzanya’da Erasto Mpemba adlı bir ortaokul öğrencisi yemek dersinde dondurma yapıyordu. Zamanı az olduğu için karışımını önce soğumaya bırakmak yerine sıcakken dondurucuya koydu. Şaşırtıcı biçimde, karışımı sınıf arkadaşlarının daha soğuk karışımlarından önce dondu.

Öğretmenleri ona inanmadı. Ama fizikçi Denis Osborne okulunu ziyaret ettiğinde Mpemba ona bunu sordu. Osborne’un ilgisini çekti ve deneyler yaptı; 1969’da ikisi, sıcak suyun bazen soğuktan önce donduğunu bildiren bir makale yayımladı.

Fikir yeni değildi. Aristoteles 2.000 yılı aşkın süre önce benzer bir şeyden söz etmişti; Francis Bacon ve René Descartes da 1600’lerde tartışmıştı. Ama onu ünlü yapan Mpemba’nın hikâyesi oldu.

Neden olabilir?

Bilim insanları sıcak suyun bazen neden önce donabileceğine dair birkaç neden önerdi:

• Buharlaşma: Sıcak su daha hızlı buharlaşır; donacak daha az su kalır ve buharlaşmanın kendisi de ısı alır.
• Çözünmüş gazlar: Isıtılmış su daha az çözünmüş gaz tutar; bu, donma biçimini değiştirebilir.
• Konveksiyon: Sıcak suyun iç akıntıları daha güçlüdür; ısıyı yüzeye daha hızlı taşıyabilir.
• Aşırı soğuma: Su, buz oluşmadan önce bir süre 0 °C’nin altına inip sıvı kalabilir. Soğuk su sıcaktan daha fazla aşırı soğursa donmaya daha geç başlayabilir.
• Dondurucunun kendisi: Sıcak bir kap altındaki karı eritip rafla daha iyi temas kurarak daha hızlı soğuyabilir.

Dikkatli deneyler ne buldu?

Sorun, etkinin yeniden üretilmesinin çok zor olması. Sonuçlar kabın büyüklüğüne ve biçimine, dondurucunun türüne, termometrenin nereye yerleştirildiğine, hatta neyin “donmuş” sayıldığına bağlı: ilk buz kristali mi, yoksa katı bir blok mu?

2016’da Cambridge Üniversitesi’nden fizikçiler Henry Burridge ve Paul Linden, denetimli koşullarda dikkatli ölçümler yaptı. Sıcak suyun 0 °C’ye soğuk sudan daha hızlı soğuduğuna dair hiçbir kanıt bulamadılar. Sıcaklığın ölçüldüğü yerdeki küçük farklar kolayca görünürde “Mpemba etkileri” yaratabiliyordu.

Başka araştırmacılar özel sistemlerde etkiler bildirdi; fizikçiler de dikkatle tasarlanmış bazı malzemelerde benzer tuhaf soğuma davranışlarının görülebileceğini gösterdi. Ama evdeki bir dondurucuda sıradan bir bardak su için en iyi cevap şu: Normalde önce soğuk su donar.

Bilimden bir ders

Mpemba’nın hikâyesi yine de değerli. Bir öğrenci tuhaf bir şey fark etti, öğretmenleri gülse bile soru sormayı sürdürdü ve yarım yüzyıldır süren bir tartışma başlattı. Bunu doğru biçimde test etmek, basit bir deneyi ne kadar çok gizli etkenin etkileyebileceğini ve bilim insanlarının sonuç çıkarmadan önce koşulları neden dikkatle denetlemesi gerektiğini gösterdi.

Özetle

• Mpemba etkisi, sıcak suyun soğuktan daha hızlı donabileceği iddiasıdır.
• Adını 1963’te dondurmayla bunu fark eden Erasto Mpemba’dan alır.
• Önerilen nedenler arasında buharlaşma, çözünmüş gazlar, konveksiyon ve aşırı soğuma var.
• Sonuçlar kaba, dondurucuya ve ölçüme çok bağlıdır.
• Dikkatli bir 2016 çalışması, sıcak suyun daha hızlı soğuduğuna dair kanıt bulmadı.
• Normal bir dondurucuda genellikle önce soğuk su donar.