1. La primera observación de Mpemba fue con mezcla de helado, no con agua
La historia empieza con un estudiante de secundaria en Tanzania, Erasto Mpemba, que tenía unos 13 años. En su escuela se hacía helado casero: se hervía leche con azúcar, se dejaba enfriar y luego se guardaba en el congelador. Mpemba, según cuenta Quanta Magazine, tenía prisa, porque quedaba poco espacio en el congelador de los estudiantes y solo una bandeja libre. No esperó a que la mezcla se enfriara[2].
Y notó algo que no esperaba: su mezcla, metida todavía caliente, se congeló antes que las de sus compañeros[1]. Cuando le preguntó a su profesor de física por qué, la respuesta fue: «Estabas confundido. Eso no puede pasar»[2].
Hay un detalle que casi siempre se pierde cuando se cuenta esta historia: lo que Mpemba congeló no era agua pura. Era leche con azúcar. Más adelante el fenómeno se hizo famoso como «cosa del agua», pero empezó siendo helado.
2. Una duda que ya se comentaba desde hace siglos
La pregunta no se quedó en la escuela. Un físico, Denis Osborne, visitó el colegio de Mpemba y, según Quanta, el estudiante le planteó algo como esto: si tomas dos vasos con el mismo volumen de agua, uno a 35 °C (95 °F) y otro a 100 °C (212 °F), y los metes al congelador, el de 100 °C se congela primero. ¿Por qué?[2]. Osborne lo invitó a la universidad para investigar, y en 1969 publicaron juntos un artículo en la revista Physics Education[2]. El fenómeno quedó con el apellido del estudiante: efecto Mpemba.
Lo curioso es que la idea era más vieja que Mpemba. Una traducción de Aristóteles dice que, si el agua se ha calentado antes, eso contribuye a que se congele rápido, y Francis Bacon escribió siglos después que el agua un poco entibiada se congela con más facilidad que la que está bien fría[1]. Mucha gente se había topado con esto sin lograr explicarlo.
3. Por qué es tan difícil comparar agua caliente y agua fría
En 2016, dos investigadores, Henry Burridge y Paul Linden, revisaron las pruebas y repitieron los experimentos con mucho cuidado. Su conclusión fue tajante: no hay evidencia que respalde observaciones significativas del efecto Mpemba en el agua. Según escriben, en los 47 años anteriores varios estudios intentaron mostrar un efecto de la escala que describieron Mpemba y Osborne, y ninguno lo logró, incluido el suyo[3].
Una de las razones es la medición. Ellos notaron que, si el termómetro estaba apenas 1 cm (0,4 pulgadas) más arriba o más abajo de lo debido, los datos podían hacer parecer que el agua caliente se enfriaba antes[3]. Fíjate en lo que eso significa: la respuesta dependía de dónde se ponía el termómetro.
La otra razón es el propio hielo. Congelarse no ocurre de golpe al llegar a 0 °C: empieza en un punto, y ese punto de partida depende de detalles diminutos, como las imperfecciones del recipiente o las impurezas del agua[3]. Por eso ellos compararon el tiempo que tarda cada muestra en bajar a 0 °C, sin esperar a que se congelara[3].
Conviene decirlo con justicia: esto no prueba que Mpemba se haya inventado nada. Es la conclusión de ese equipo, y otros investigadores han discutido desde entonces cuál es la mejor explicación para el agua.
4. Un modelo sencillo donde el enfriamiento de tipo Mpemba sí se repite
Si el agua es demasiado complicada, una salida es estudiar un sistema más simple donde la misma pregunta se pueda contestar con claridad. Eso hicieron en 2020 Avinash Kumar y John Bechhoefer, de la Universidad Simon Fraser, en Canadá. Usaron una cuenta de vidrio diminuta (una partícula «coloidal») sumergida en agua líquida, que hacía de baño térmico, y la sujetaron con luz, con unas «pinzas ópticas». Con ellas le dieron a la cuenta un «paisaje» de energía con dos valles, como una pequeña montaña rusa invisible[4][5].
Importante: aquí nadie calentó una taza ni la metió al congelador. Lo que se llama «caliente» o «tibio» es el estado con el que el sistema controlado empieza antes de enfriarse de golpe (lo que el artículo llama un «enfriamiento térmico brusco»), y «enfriarse» significa acercarse al equilibrio térmico. Es una analogía precisa con el fenómeno del agua, pero no el mismo experimento.
Los resultados fueron reproducibles y coincidieron cuantitativamente con los cálculos de un marco teórico propuesto poco antes. Con los parámetros adecuados, el sistema que empezaba «más caliente» llegaba al equilibrio antes que el que empezaba «tibio». Y al elegir bien esos parámetros, el enfriamiento llegó a ser exponencialmente más rápido que con los habituales[4]. Según Bechhoefer, eso muestra que hay sistemas donde se puede no solo observar el efecto de manera reproducible, sino en cierto modo crearlo y controlarlo[5].
Hay que ser cuidadoso con lo que esto no dice. Ese experimento no congeló agua. Según Quanta, estos ensayos dan pistas sobre cómo podría surgir el efecto en sistemas con ciertos estados intermedios, pero si ocurre también en el agua sigue siendo una pregunta abierta[2]. Que el efecto sea real en una cuenta de vidrio no resuelve si ocurre en tu taza.
5. ¿Ocurre de verdad con el agua? Lo que se sabe y algo que puedes mirar tú
El resumen honesto es este. En el agua, las pruebas son dudosas y muy sensibles a cómo se mida. En sistemas sencillos, el efecto se ha visto y se puede controlar. La pregunta original, la del helado y la taza, sigue abierta, y por eso los físicos todavía escriben sobre ella.
Hay una cosa que sí puedes hacer en casa, sin agua caliente y con un adulto cerca. Llena dos recipientes idénticos con la misma cantidad de agua fría del grifo. Ponlos lado a lado en el congelador y revísalos cada 15 o 20 minutos, anotando cuándo aparece la primera capa de hielo en cada uno. Si quieres probar con más cuidado, repite con un recipiente ancho y otro angosto. Fíjate en si el agua «idéntica» se congela al mismo tiempo. Si no, ya viste, a pequeña escala, por qué esta pregunta es tan difícil de contestar.
Para seguir investigando, busca los resúmenes (abstracts) de los artículos de las fuentes. Trata de distinguir, en cada uno, de qué sistema habla: agua, una mezcla de leche con azúcar o una cuenta de vidrio.
Fuentes
Este artículo se basa en los resúmenes y textos de las fuentes que aparecen abajo. Si quieres comprobar un dato, ve a la fuente original. Las fuentes están en inglés.
- Skeptical Inquirer, «The Rise and Fall of the Mpemba Effect», 2023. https://skepticalinquirer.org/2023/06/the-rise-and-fall-of-the-mpemba-effect/ (Edad y situación de Mpemba, su observación, y las citas de Aristóteles y Bacon.)
- Quanta Magazine, «Does Hot Water Freeze Faster Than Cold? Physicists Keep Asking», 2022. https://www.quantamagazine.org/does-hot-water-freeze-faster-than-cold-physicists-keep-asking-20220629/ (La prisa de Mpemba, la respuesta del profesor, la visita de Osborne, el artículo de 1969 y el estado de la cuestión.)
- H. C. Burridge y P. F. Linden, «Questioning the Mpemba effect: hot water does not cool more quickly than cold», Scientific Reports 6, 37665, 2016. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5121640/ (La conclusión del artículo, los 47 años, el error de 1 cm y la nucleación.)
- A. Kumar y J. Bechhoefer, «Exponentially faster cooling in a colloidal system», Nature 584, 64–68, 2020. https://arxiv.org/abs/2008.02373 (El resumen del experimento con la cuenta coloidal: resultados reproducibles y enfriamiento exponencialmente más rápido.)
- Physics World, «Experiments pin down conditions that make hot water freeze before cold», 2020. https://physicsworld.com/a/experiments-pin-down-conditions-that-make-hot-water-freeze-before-cold/ (La cuenta de vidrio con pinzas ópticas y la frase de Bechhoefer sobre crear y controlar el efecto.)
Historial de cambios
- Primera publicación.
- Se revisaron el título y los encabezados, y se aclaró que el experimento con la cuenta de vidrio no es un experimento cotidiano de agua caliente y congelador.
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