Sen selvittäminen, voiko kuuma vesi jäätyä nopeammin kuin kylmä vesi, voi tuntua järkevältä. Loppujen lopuksi vesi jäätyy 0 astetta. Eikö vesi kastu tarpeeksi kuumana tappamaan E. coli -bakteerit (noin 120 Fahrenheit-astetta tai 50 Celsius-astetta), vie pidempää polkua kuin viileämpi vesi New England -rannan syksyllä (noin 60 Fahrenheit- tai 15 Celsius-astetta) kohti kylmää tulevaisuutta kuin jäätä? Vaikka looginen oletus onkin, käy ilmi, että kuuma vesi voi jäätyä ennen viileämpää vettä tietyissä olosuhteissa.
Tämä luonnon ilme on ”Mpemba-ilmiö”, joka on nimetty tansanialaisen mukaan lukiolainen Erasto Mpemba, joka havaitsi sen ensimmäisen kerran vuonna 1963. Mpemba-ilmiö tapahtuu, kun kaksi eri lämpötilaa sisältävää vesimuodostumaa altistetaan samalle subzero-ympäristölle ja kuumempi vesi jäätyy ensin. Mpemban havainnot vahvistivat joidenkin historian arvostetuimpien ajattelijoiden, kuten Aristoteleen, Rene Descartesin ja Francis Baconin, aavistuksen, jotka myös ajattelivat, että kuuma vesi jäätyi nopeammin kuin kylmä vesi.
Haihdutus on vahvin ehdokas selittämään Mpemba-vaikutus. Kun avoimeen astiaan asetettu kuuma vesi alkaa jäähtyä, kokonaismassa pienenee, kun osa vedestä haihtuu. Vähemmän veden jäätymisen vuoksi prosessi voi viedä vähemmän aikaa. Mutta tämä ei aina toimi, varsinkin kun käytetään suljettuja astioita, jotka estävät haihtuneen veden poistumisen.
Ja haihtuminen ei välttämättä ole ainoa syy, miksi vesi voi jäätyä nopeammin. Lämpimässä vedessä saattaa olla vähemmän liuenneita kaasuja, mikä voi vähentää sen kykyä johtaa lämpöä ja antaa sen jäähtyä nopeammin. Puolalaiset fyysikot eivät kuitenkaan 1980-luvulla pystyneet osoittamaan lopullisesti tätä suhdetta.
Epätasainen lämpötilajakauma vedessä voi myös selittää Mpemban vaikutuksen. Kuuma vesi nousee astian yläosaan ennen kuin se poistuu, syrjäyttäen sen alla olevan kylmän veden ja luoden ”kuuman pinnan”. Tätä kuuman ja kylmän veden liikkumista ylöspäin kutsutaan konvektiovirraksi. Nämä virrat ovat suosittu lämmönsiirron muoto nesteissä ja kaasuissa, joita esiintyy meressä ja myös jäähdyttimissä, jotka lämmittävät viileää tilaa. Kun viileämpi vesi on pohjassa, tämä epätasainen lämpötilajakauma luo konvektiovirtoja, jotka nopeuttavat jäähdytysprosessia. Jopa enemmän peitettävää maata jäätymisen vuoksi kuumemman veden lämpötila voi laskea nopeammin kuin viileämpi vesi.
Joten kun seuraavan kerran täytät jääkuutioastian uudelleen , kokeile käyttää lämpimämpää vettä. Sinulla voi olla jääkuutioita jäähdyttääksesi juomasi entistä nopeammin.
Tämän vastauksen tarjoaa Scienceline, New Yorkin yliopiston tiede-, terveys- ja ympäristöraportointiohjelman projekti.
Seuraa Elämän pienet mysteerit Twitterissä @llmysteries. Olemme myös Facebookissa & Google+.