Článek
Zdravý rozum říká, že čím teplejší tekutina, tím déle jí trvá zmrznout. Přesto se generace fyziků přou o to, jestli to tak vždycky platí. Takzvaný Mpembův jev, situace kdy teplejší voda za stejných podmínek zmrzne dřív než chladnější, znali podle všeho už Aristotelés, Francis Bacon a Descartes, ale skutečně vážně se jím věda začala zabývat až díky jednomu tanzanskému středoškolákovi a jeho zkažené zmrzlině.
Zmrzlina, která podle učitele nemohla vzniknout
V roce 1963 vyráběl středoškolák Erasto Mpemba na škole v tanzanské Magambě se spolužáky zmrzlinu z vařeného mléka a cukru. V mrazáku bylo málo místa, a tak si Mpemba na rozdíl od ostatních nepočkal, až jeho směs vychladne na pokojovou teplotu, a dal ji zamrazit horkou. O hodinu a půl později byla jeho zmrzlina hotová, zatímco spolužáci, kteří počkali na vychladnutí, měli v miskách pořád jen hustou tekutinu. Když se zeptal svého učitele fyziky, jak je to možné, dostal jasnou odpověď, že se plete a že to prostě není možné. O pár let později ale na jeho školu zavítal fyzik Denis Osborne, kterému Mpemba svůj postřeh zopakoval. Osborne ho pozval do laboratoře na univerzitě v Dar es Salaamu, kde spolu jev skutečně naměřili a v roce 1969 ho popsali v odborném časopise Physics Education.
Půl století marných pokusů to zopakovat
Od té doby se o replikaci pokusily desítky týmů a výsledky si často odporují. Navrhovaných vysvětlení se za tu dobu nasbíralo požehnaně, od rychlejšího odpařování teplé vody, přes rozdílné množství rozpuštěných plynů, až po vrstvu jinovatky, která v mrazáku izoluje studenou nádobu, zatímco ta teplá si ji roztaje a chladne pak přímo o stěny mrazáku. Někteří badatelé navíc upozorňují, že záleží i na tom, jak přesně se „zmrznutí“ definuje, jestli jako okamžik vzniku prvních krystalků ledu, nebo jako úplné ztuhnutí celého objemu, a obě varianty se v experimentech dají snadno zaměnit. V roce 2016 ukázal fyzik Henry Burridge s matematikem Paulem Lindenem, jak křehké takové měření je. Zjistili, že to, jestli experiment jev ukáže nebo ne, může rozhodnout i to, o kolik centimetrů jinak je v nádobě umístěný teploměr. Právě kvůli téhle citlivosti zůstává spor o to, jestli se Mpembův jev u vody vůbec skutečně děje, otevřený dodnes.
Fyzika mimo rovnováhu a kulička chycená laserem
Zlom přišel, když se fyzici přestali ptát jen na vodu a začali zkoumat obecnější otázku, jestli může systém, který je od rovnováhy dál, dosáhnout jí rychleji než systém, který k ní má blíž. Zhiyue Lu a Oren Raz v roce 2017 teoreticky ukázali, že za určitých podmínek ano, protože teplejší systém díky vyšší energii dokáže prozkoumat víc možných stavů a najít mezi nimi jakousi zkratku. O tři roky později to experimentálně potvrdil John Bechhoefer se svým týmem, když pomocí laseru zavěsili mikroskopickou skleněnou kuličku do uměle vytvořeného energetického reliéfu ponořeného ve vodě, a pozorovali, jak teplejší varianta systému dosahuje rovnováhy exponenciálně rychleji než ta vlažná. Podobný takzvaný silný Mpembův jev se od té doby podařilo najít i v kvantových systémech a čerstvé práce z roku 2025 se pokoušejí najít jeho společný matematický základ napříč různými látkami.
Sám Mpemba se fyzikou dál neživil, vystudoval nakonec myslivost a lesnictví a stal se hlavním strážcem divoké zvěře na tanzanském ministerstvu, kde působil až do penze. Zemřel kolem roku 2020. Osborne, jeho tehdejší spoluautor, si z celého sporu odnesl ponaučení, že vědě škodí přílišná autorita zavedených názorů nad zvědavostí. Mpembův jev tak dodnes zůstává na hraně mezi potvrzeným faktem a přetrvávajícím mýtem, ale právě proto se stal jedním z mála případů, kdy otázka jednoho zvídavého teenagera dokázala zaměstnat fyziky na víc než šedesát let.
Zdroje
Quanta Magazine – Controversy Continues Over Whether Hot Water Freezes Faster Than Cold — https://www.quantamagazine.org/does-hot-water-freeze-faster-than-cold-physicists-keep-asking-20220629/
ScienceDaily – Hot water freezes first: Uncovering the mysteries of the Mpemba effect — https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250321121453.htm
Science Times – Why Hot Water Sometimes Freezes Faster Than Cold — https://www.sciencetimes.com/articles/61772/20260507/why-hot-water-sometimes-freezes-faster-cold-curious-mpemba-effect.htm
