Het vraagstuk bezorgt fysici al decennialang hoofdbrekens, en nog steeds is er geen pasklaar antwoord op gevonden.
In 1963 deed Erasto Mpemba, een tiener uit het toenmalige Tanganyika, een bizarre ontdekking. Op school – tijdens een kookles roomijs maken – merkte hij dat de bewerkte melk sneller bevroor als ze warm de diepvries in ging. De jonge Afrikaan zou het niet vergeten.
Enkele jaren later daagde hij het schoolhoofd uit met een simpel experiment: zet twee kleine bakjes met water in de diepvries, waarbij het ene 35 graden warm is en het andere 100 graden, en ga na welk bakje het eerst bevriest. Hilariteit alom, tot het schoolhoofd het zélf probeerde en tot zijn consternatie Mpemba gelijk moest geven: het bijna kokende water was het eerste bevroren. Schoolhoofd en leerling schreven de bevindingen samen neer in een wetenschappelijke publicatie. Het Mpemba-effect was geboren.
Het vraagstuk heeft fysici decennialang hoofdbrekens bezorgd, en nog steeds is er geen pasklaar antwoord op gevonden. Dit terwijl het op het eerste gezicht om een eenvoudig repliceerbaar experiment gaat – dadelijk meer over die ‘op het eerste gezicht’.
Microscopische convectiestromen, onderkoeling (waarbij een vloeistof onder het vriespunt vloeibaar blijft), waterstofbruggen (die ervoor zorgen dat ijs bij nul graden een kleinere dichtheid heeft dan water),… ze zijn allemaal al de revue gepasseerd als mogelijke verklaringen. Maar een wetenschappelijke consensus werd nooit bereikt, en dus geldt het vraagstuk tot nader order onopgelost.
Eerder dit jaar publiceerden een een opzetje naar een theoretisch kader dat toelaat dat warme vloeistoffen sneller stollen dan koude. Hun kader impliceert ook dat een koud ‘systeem’ sneller kan opwarmen dan een heet.
Spaanse natuurkundigen lazen dat en besloten een specifiek model op te zetten dat enigszins verschilt van dat van water – maar Mpembda gebruikte initieel ook melk, en geen water. Ze gingen daarbij uit van een zogenaamde granulaire vloeistof, die uit deeltjes bestaat die vooral inelastisch met elkaar botsen – en die dus veel energie verliezen via wrijving, meer dan via thermische afkoeling. In zo’n vloeistof verloopt het koelproces dus inherent sneller. En hoe warmer de vloeistof, hoe hoger het energieverlies door die wrijving.
Critici wijzen erop dat water een veel complexere vloeistof is dan het versimpelde model van de Spaanse fysici, maar dat model zou dan wel weer gelijkenissen vertonen met melk, dat vele grote deeltjes bevat die opgelost zijn in water. Maar hoe zit het dan met water?
Andere critici vinden het vraagstuk gewoonweg slecht gesteld, waardoor de hypothese van Mpemba moeilijk te testen is. Want wanneer noem je een hoeveelheid water bevroren? Als er een ijslaagje aan de oppervlakte ligt, of pas wanneer al het water ijs is geworden?
