Önce Sıcak Su Donuyor: Mpemba Etkisinin Gizemlerini Ortaya Çıkarmak
Mpemba etkisi, Aynı koşullar altında sıcak sistemlerin soğuk sistemlerden daha hızlı soğuduğu 2000 yıldan daha uzun bir süre önce ilk kez Aristoteles tarafından tanımlanmıştır. 1963 yılında Tanzanyalı öğrenci Erasto Mpemba tarafından yeniden keşfedildi ve okuldaki yemek pişirme dersinde dondurma hazırlarken bunu gözlemledi. Mpemba daha sonra İngiliz fizikçi Denis Osborne ile su üzerindeki etkisini açıklayan bir makale üzerinde işbirliği yaptı.
Mpemba ve Osborne'un etkili araştırmalarından bu yana, daha ileri çalışmalar, etkinin basit sıvıların ötesine uzandığını ve çeşitli fiziksel sistemlerde - hatta mikroskobik olanlarda - gözlemlenebileceğini göstermiştir.
Ancak temel bir zorluk devam etti; Mpemba etkisinin tespiti belirli bir mesafe ölçüsünün seçimine bağlıdır.
Sonsuz sayıda mesafe ölçüsü mevcuttur, dolayısıyla bir mesafe ölçüsü kullanılarak etkinin gözlemlenmesi, bir başkasıyla değerlendirildiğinde sonlu bir süre içinde gerçekleşmeyebilir.
Geleneksel yöntemler tipik olarak değerlendirir gevşeme hızı, sıcaklıktaki bir değişiklikten sonra dengeye dönüş oranı olan - - tek bir monoton ölçüm kullanılarak - - ancak bu genellikle tutarsız sonuçlara yol açar.
Bu tuzaklar, Kyoto Üniversitesi'ndeki bir araştırmacı ekibini, Mpemba etkisinin varlığını belirlemek için evrensel bir kriter geliştirmeye motive etti: tek bir ölçüme dayanmayan bir kriter.
Yaklaşımları kullanır termomajorizasyon teorisi, farklı mesafe ölçümlerini birleştiren matematiksel bir çerçeve.
"İlgili yazar Tan Van Vu, "Çalışmamız, termomajorizasyon kullanımının tüm monoton ölçümlerin aynı anda dikkate alınmasına eşdeğer olduğunu kanıtlıyor" diyor.
Bu teoriyi kullanarak Vu ve meslektaşı Hisao Hayakawa, termal gevşeme hızını değerlendirmek için kesin bir kriter sağlamayı başardılar, önceki çalışmalardaki belirsizliklerin ortadan kaldırılması ve Mpemba etkisinin ölçülmesi için net bir çerçeve oluşturulması.
Ekibin araştırması aynı zamanda etkinin belirli bir sıcaklık aralığıyla sınırlı olmadığı, geniş bir termal koşullar yelpazesinde ortaya çıkabileceği yönündeki ilgi çekici keşfe de yol açtı.
"Vu, "Bu şaşırtıcı sonuç, Mpemba etkisinin önceden düşünülenden daha evrensel bir temel mekanizmayı yansıttığını gösteriyor" diye devam ediyor.
Bu gizemleri ortaya çıkarırken grubun bulguları, termal gevşeme dinamiklerini yöneten temel ilkelere ilişkin yeni bilgiler sunmanın yanı sıra, ısı motorlarının ve soğutma teknolojilerinin verimliliğinin arttırılmasında potansiyel uygulamaya sahiptir.
Kuantum hesaplama ve biyofizik alanları da bundan faydalanacaktır.
Ancak Vu ve Hayakawa'ya göre önemli bir soru kalıyor: Mpemba termomajorizasyon etkisinin meydana gelebileceği minimum zaman çizelgesi nedir? Bu hususun hız sınırları merceğinden araştırılması, gevşeme dinamikleri üzerinde temel kısıtlamaların oluşturulmasına yardımcı olabilir.
