¿Agua caliente se congela más rápido que la fría?

En física, enfriar no es tan simple como parece, un objeto caliente puede enfriarse más rápidamente que uno tibio, encuentra un nuevo estudio. Cuando se enfrió, un sistema más cálido lo logró en menos tiempo del que le tomó a un sistema más frío alcanzar la misma temperatura baja; y en algunos casos, la aceleración fue incluso exponencial, informan físicos.

El experimento se inspiró en los informes del efecto Mpemba, la observación contraintuitiva de que el agua caliente a veces se congela más rápido que la fría, pero los experimentos que estudian este fenómeno se han visto confundidos por lo complejo del agua y el proceso de congelación, lo que dificulta la reproducción de los resultados, dejando a los científicos en desacuerdo sobre qué causa el efecto, cómo definirlo y si es real. Para eludir esas complicaciones, físicos de Canadá usaron pequeñas perlas de vidrio, de 1,5 micrómetros de diámetro, en lugar de agua, y los investigadores definieron el efecto Mpemba basándose en el enfriamiento en lugar del proceso más complicado de congelación.

En el experimento, una perla representó el equivalente de una sola molécula de agua, y las mediciones se realizaron 1000 veces bajo un conjunto determinado de condiciones para producir una colección de moléculas, un láser ejercía fuerzas en cada perla, produciendo un paisaje de energía o potencial. Mientras tanto, la perla se enfrió en un baño de agua; la temperatura efectiva de las perlas de los ensayos combinados podría derivarse de cómo atravesaron el paisaje energético, moviéndose en respuesta a las fuerzas impartidas por el láser.

Para estudiar cómo se enfrió el sistema, los investigadores rastrearon los movimientos de las perlas a lo largo del tiempo. Las perlas comenzaron a una temperatura alta o moderada, y los investigadores midieron cuánto tiempo les tomó a las perlas enfriarse a la temperatura del agua, bajo ciertas condiciones, las perlas que comenzaron más calientes se enfriaron más rápido y, a veces, exponencialmente más rápido que las perlas más frías. En un caso, las perlas más calientes se enfriaron en aproximadamente dos milisegundos, mientras que las perlas más frías tardaron 10 veces más. Podría parecer sensato suponer que una temperatura inicial más baja proporcionaría una ventaja inicial insuperable, en una carrera directa por el termómetro, el objeto caliente primero tendría que alcanzar la temperatura original del objeto caliente, lo que sugiere que una temperatura más alta solo podría aumentar el tiempo de enfriamiento.

Pero en ciertos casos, esa lógica simple es incorrecta, específicamente para sistemas que no están en un estado de equilibrio térmico, en el que todas las partes han alcanzado una temperatura uniforme. A medida que las perlas se enfriaban, no estaban en equilibrio térmico, lo que significa que sus ubicaciones en el paisaje de energía potencial no estaban distribuidas de una manera que permitiera que una sola temperatura las describiera, lo que significa que en lugar de un camino directo de lo caliente a lo frío, puede haber múltiples caminos hacia el frío que permitan posibles atajos, es como si un excursionista pudiera llegar a un destino más rápido al comenzar más lejos, si ese punto de partida le permite al caminante evitar una ardua escalada por una montaña.

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