O.S.E.L. - Podivnost na druhou: Jak funguje záhadný Mpembův jev v říši kvant?
 Podivnost na druhou: Jak funguje záhadný Mpembův jev v říši kvant?
Kvantoví fyzici nadšeně zkoumají naprosto záhadný trik zmrzlinářů makrosvěta. Pokud to nevíte, při dodržení vhodných podmínek zmrzne velmi horká voda dřív než studená voda. A nikdo to nedovede uspokojivě vysvětlit. Nový výzkum potvrdil, že Mpembův jev existuje i ve kvantové podobě.

Mpembův jev. Kredit: Kyoto University /Hisao Hayakawa.
Mpembův jev. Kredit: Kyoto University /Hisao Hayakawa.

Málo se to ví, ale fyzikové nepotřebují kvantovou mechaniku ani černé díry, aby čelili nesmírně zvláštním jevům. K jedné ryzí a naprosto tajemné záhadě se dostanete, když zmrazujete různě teplou vodu. Zdá se, že si toho všiml už Aristoteles a jak známe naše zvídavé předky, určitě nebyl prvním na světě. Zní to šíleně, ale horká voda zmrzne rychleji než studená. A nikdo neví proč. Klidně si to zkuste doma.

 

Hisao Hayakawa. Kredit: Kyoto University.
Hisao Hayakawa. Kredit: Kyoto University.

Novodobý příběh tohohle podivuhodného jevu by vydal na román nebo spíš na hollywoodský blockbuster. V roce 1963 si tanzanský student Erasto Bartholomeo Mpemba přivydělával přípravou zmrzliny ve školní kuchyni a všiml si, že horká voda zmrzne rychleji než studená. Pak zjistil, že lstiví zmrzlináři to už dávno vědí. Mpembův učitel fyziky se mu vysmál, prohlásil to za „Mpembovu fyziku“ a společně se spolužáky novodobého Aristotela nějakou dobu šikanovali. Pak jim sklaplo.

 

Mpemba se nevzdal a oslovil fyzika Denise Osborna, který shodou okolností navštívil jejich školu. Osborn to vyzkoušel, šokovalo ho to a v roce 1969 to společně s Mpembou publikovali. Mpemba za svou vytrvalost vstoupil do učebnic, což je dnešní obdoba antického nanebevzetí v podobě souhvězdí.

 

Logo. Kredit: Kyoto University.
Logo. Kredit: Kyoto University.

Pokud jde o vysvětlení Mpembova jevu, existuje celá řada hypotéz. Mpemba, který shodou okolností zemřel letos na jaře, preferoval vysvětlení založené na konvekci. Ve hře jsou ale i mikrobubliny, evaporace, mrazové jevy, roztoky, tepelná vodivost, chování rozpuštěných plynů, vodíkové vazby, krystalizace a další odborné nápady.

 

Hisao Hayakawa z Kyoto University a jeho spolupracovníci zkoumali Mpembův jev ve kvantovém měřítku. Vytvořili dva systémy s kvantovými tečkami, různým způsobem napojenými na tepelný rezervoár. Oba systémy byly směrovány do rovnovážného stavu o nízké teplotě, přičemž badatelé sledovali jejich evoluci a řadu parametrů, včetně toho nejdůležitějšího, teploty.

 

##seznam_reklama##

Povedlo se. Teplejší systém vychladl rychleji. Mpembův jev funguje i v říši kvant. Jak říkají autoři studie, prokázali existenci této podivnosti na druhou, čili „termálního kvantového Mpembova jevu“ za rozmanitých podmínek, včetně různě nastavených teplot. Hayakawa s kolegy teď budou hledat možné praktické využití tohoto jevu, který se vysmívá „selskému rozumu.“

 

Video: Science At Home - The Mpemba Effect

 

Video: Mpemba Effect Tutorial (it’s EPIC!!!)

 

Literatura

Kyoto University 31. 8. 2023.

Physical Review Letters 131: 080402.


Autor: Stanislav Mihulka
Datum:03.09.2023