วิชาการ.คอม - น้ำร้อนเยือกแข็งเร็วกว่าน้ำเย็น ?

น้ำร้อนเยือกแข็งเร็วกว่าน้ำเย็น ?

โพสต์เมื่อ: 15:04 วันที่ 22 เม.ย. 2549 ชมแล้ว: 106,715 ตอบแล้ว: 36

นับตั้งแต่สมัยของ Aristotle นักวิทยาศาสตร์บางคนอ้างว่าน้ำร้อนเยือกแข็ง(เย็นตัวเป็นน้ำแข็ง – ประดิษฐ์คำเองโดยผู้แปล) เร็วกว่าน้ำเย็น, ปรากฏการณ์นี้เรียกกันว่า Mpemba effect ตามชื่อนักเรียนแอฟริกันที่สงสัยปัญหานี้และพยายามหาคำตอบ, ในบทความแปลนี้แสดงให้เห็นว่าปัญหาง่าย ๆ ที่เด็กสงสัย บางครั้งก็ยากที่จะตอบ (ให้ถูกต้องจริง ๆ)

ในเดือนเมษายนนี้วารสาร physicsworld มีบทความหนึ่งที่น่าสนใจ เขียนโดย Philip Ball ชื่อเรื่อง Does hot water freeze first? (หาอ่านได้ที่ http://physicsweb.org/articles/world/19/4/4/1 )

มันอาจดูเหมือนเป็นคำถามแบบง่าย ๆ ที่คุณอาจรู้สึกแย่หากได้ยินเด็กนักเรียนตอบผิด: “อันไหนจะใช้เวลาน้อยกว่าในการทำให้เป็นน้ำแข็ง ระหว่างน้ำร้อนกับน้ำเย็น”, ตามความรู้สึกและกฎทางอุณหพลศาสตร์ (Thermodynamics) คำตอบที่ถูกก็ควรจะเป็นน้ำเย็นที่น่าจะเป็นน้ำแข็งได้ก่อน, อาทิ กฎของ Newton ในเรื่องการเย็นตัว กล่าวไว้ว่าอัตราการเย็นตัวลงของวัตถุขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างวัตถุกับสิ่งที่อยู่โดยรอบ, แต่ในความเป็นจริงแล้ว มันดูเหมือนว่าน้ำร้อนบางครั้งก็ “แซง” น้ำเย็นในการเย็นตัวได้

จริง ๆ แล้ว ทั้ง Aristotle, Francis Bacon และ Rene’ Descartes ต่างอ้างว่าน้ำร้อนเยือกแข็งเร็วกว่า, Erasto Mpemba นักเรียนมัธยมในประเทศแทนซาเนีย ซึ่งอาจไม่รู้ถึงคำกล่าวอ้างของพวกเขาเหล่านั้นที่มีมาก่อนแล้ว แต่มันก็เป็นสิ่งที่เขาสังเกตพบได้ด้วยเหมือนกัน ใน ค. ศ. 1963, ตอนนั้นเขากำลังทำโครงงานของโรงเรียนในเรื่องการทำไอศครีม สิ่งที่เขาต้องทำตามที่รู้มา ก็คือต้มนมจนเดือด แล้วก็ปล่อยไว้จนเย็น ก่อนที่จะใส่เข้าไปในตู้เย็น, แต่อาจด้วยกลัวจะแพ้คนอื่น (ในเรื่องความเร็ว) Mpemba จึงเลือกที่จะเอาส่วนผสมที่ได้เข้าตู้เย็นเลย ในขณะที่มันยังร้อนอยู่, แล้วเขาก็พบว่ามันแข็งตัวก่อนอันอื่นซึ่งปล่อยให้เย็นก่อน

ตั้งแต่นั้น ก็มีคนอื่น ๆ ได้อ้างว่าพบปรากฏการณ์เช่นนี้ในการทดลองของพวกเขาเหมือนกัน โดยเรียกว่า “Mpemba effect”, แต่ถึงกระนั้น นักวิทยาศาสตร์หลายคนพบว่ามันยากที่จะยอมรับปรากฏการณ์ที่ดูเหมือนจะขัดกับความรู้สึกเช่นนั้น, ปัญหาคือว่าปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นนี้ มันยากอย่างสาหัสในการทำให้เกิดขึ้นซ้ำอีก นั่นคือบางครั้งมันก็ปรากฏขึ้นตามนั้น แต่บางครั้งมันกลับไม่ใช่, ความสับสนนี้น่าจะมาจากเหตุผลที่ว่านักทดลองต่างก็ไม่เคยมีการตกลงร่วมกันว่า จริง ๆ แล้วควรจัดทำการทดลองอย่างไรกันแน่ (วิธีทดลอง และปัจจัยโดยรอบที่ต่างกันอาจทำให้ผลที่ได้ต่างกัน - ผู้แปล), และถึงแม้ Mpemba effect จะเป็นจริง นั่นคือน้ำร้อนบางทีสามารถเยือกแข็งได้เร็วกว่าน้ำเย็น มันไม่ชัดเจนว่าคำอธิบายที่มีขึ้นจะให้ความกระจ่างชัด หรือไม่ได้ช่วยอะไรเลย

ทวนกระแส

นักฟิสิกส์ทางด้านสสารควบแน่น Monwhea Jeng แห่งมหาวิทยาลัย Southern Illinois ในสหรัฐอเมริกา ผู้ซึ่งวิจัยประวัติของ Mpemba effect เชื่อว่านักวิทยาศาสตร์น่าจะมีความรู้สึกต่อต้านมากกว่าคนทั่ว ๆ ไป เมื่อได้ยินเรื่องราวของปรากฏการณ์ดังกล่าวเป็นครั้งแรก, มันเป็นเพราะว่านักวิทยาศาสตร์รู้เหตุผลว่าทำไม Mpemba effect ไม่อาจจะถูกต้องได้ เขากล่าว, จริง ๆ แล้ว ตอนที่ Mpemba ได้เรียนรู้เกี่ยวกับกฎการเย็นตัวของ Newton หลังการค้นพบของเขาสองสามปี และได้ถามครูของเขาว่ากฎนี้จะสอดรับกับการสังเกตที่เขาพบได้อย่างไร ครูของเขาตอบว่า “สิ่งที่ครูจะพูดได้ก็คือนั่นเป็นฟิสิกส์ของ Mpemba ไม่ใช่ฟิสิกส์ที่เป็นสากล” (???รู้สึกยังไงบ้างครับ ถ้าลองคิดว่าเราเป็น Mpemba แต่ก็ต้องคิดให้ความเป็นธรรมกับคุณครูท่านด้วยนะครับ [ลองแสดงความคิดเห็นกันดู] -- ผู้แปล)

เป็นเรื่องดีที่ Mpemba ไม่ได้ล้มเลิก หลังจากได้รับคำตอบที่ดูเหมือนเป็นการฉีกหน้าเขาในครั้งนั้น และเขาก็ยังดำเนินการทดลองด้วยตัวของเขาเองต่อไปอีก, ในวันหนึ่ง เมื่อศาสตราจารย์ทางฟิสิกส์ของที่นั่น Denis Osborne แห่งวิทยาลัย University ใน Dar es Salaam มาเยี่ยมโรงเรียน Mpemba จึงสบโอกาสถามหาคำอธิบาย, Osborne ไม่มีคำตอบใด ๆ แต่เขาพยายามทำความเข้าใจ Mpemba มากกว่าครูคนนั้น และสรุปอย่างผู้รู้ว่า “มันอันตรายที่จะไปโต้แย้งหรือตัดสินอะไรกับสิ่งที่ทั้งสามารถและไม่สามารถเป็นไปได้” (คุณคิดอย่างไรกับคำพูดของ Osborne นี้ -- ผู้แปล), จากนั้น Osborne ก็กลับไปขอให้ช่างเทคนิคที่มหาวิทยาลัยของเขาลองทำการทดลองซ้ำ และผลที่ได้ก็ดูเหมือนจะแสดงว่า Mpemba ถูก, ในปี ค. ศ. 1969 Osborne เขียนเกี่ยวกับงานที่ได้ทำกับ Mpemba (ตอนนั้นอยู่ที่วิทยาลัยการจัดการสัตว์ป่าแอฟริกันใน Moshi แล้ว) และได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Physics Education, ในขณะเดียวกัน นักฟิสิกส์ชื่อ George Kell แห่งสภาวิจัยแห่งชาติของแคนาดา ใน Ottawa รายงานปรากฏการณ์เดียวกันในปีนั้นในวารสาร American Journal of Physics

รายงานเหล่านี้แสดงให้เห็นว่า Mpemba effect เป็นที่คุ้นเคยอยู่แล้วในภูมิปัญญาชาวบ้าน, Kell ซี่งมาจากชนบทด้วยประสบการณ์มากมายเกี่ยวกับการเยือกแข็งตัวของน้ำ กล่าวว่า “เคยมีคนพูดไว้ว่ารถไม่ควรล้างด้วยน้ำร้อน เพราะมันจะแข็งตัวเร็วกว่าน้ำเย็น หรือลานสเก็ตควรทำโดยราดด้วยน้ำร้อน เพราะมันจะเยือกแข็งเร็วกว่า”, ส่วน Mpemba ก็ชี้ให้เห็นว่าคนทำไอศครีมชาวแทนซาเนียนมักทำให้ส่วนผสมเยือกแข็งตัวขณะที่มันยังร้อนอยู่ เพราะมันเป็นวิธีที่เร็วกว่า, และทันทีที่งานของ Mpemba ถูกบรรยายในบทความหนึ่งในนิตยสาร New Scientist ในปี ค. ศ. 1969 ก็การพูดถึงกันแทบจะทันทีในเรื่องเกี่ยวกับการแช่แข็งอาหาร และการที่ท่อน้ำร้อนเยือกแข็งตัว ขณะที่น้ำเย็นไม่เป็น

เป็นที่ปรากฏว่าการกล่าวอ้างอย่างนี้มีมาก่อนแล้ว พวกเขาไม่ได้โดดเดี่ยวแต่อย่างใด, Aristotle เขียนไว้ใน Meteorologica 350 ปีก่อนคริสตกาลว่า “ถ้าน้ำถูกทำให้ร้อนมาก่อนแล้ว มันจะให้ความเร็วในการเยือกแข็ง อันทำให้มันเย็นตัวลงเร็วกว่า”, ความคิดนี้ได้ถูกตั้งคำถามโดยนักทดลองยุคกลาง (ค.ศ. 1000 – 1450 -- ผู้แปล) ผู้ยิ่งใหญ่ Roger Bacon แต่ผู้ที่มีนามท้ายเดียวกัน Francis กล่าวอย่างหนักแน่นในคริสต์ศตวรรษที่ 17 (คือในช่วง ค. ศ. 1600 – 1700 -- ผู้แปล) ว่า “น้ำที่อุ่นเล็กน้อยจะเยือกแข็งตัวได้ง่ายกว่าน้ำที่ค่อนข้างเย็น”, Francis Bacon สนใจทางลึกในเรื่องการเยือกแข็งและการทำความเย็น ว่ากันว่าเขาเคยสัมผัสความเย็นขั้นอันตราย ขณะทำการทดลองถนอมไก่โดยแช่มันไว้ในหิมะ, ในช่วงเวลาเดียวกัน Descartes ได้ทำการสังเกตการเยือกแข็งของน้ำอย่างรอบคอบซึ่งทำให้เขาสามารถระบุได้ว่าน้ำมีความหนาแน่นที่สุด ณ อุณหภูมิ 4 ^oC, การศึกษาเหล่านี้บอกให้เขารู้ว่า “น้ำที่ถูกทำให้ร้อนและคงความร้อนนั้นไว้มานานจะเยือกแข็งเร็วกว่าน้ำแบบอื่น”

แต่เป็นไปได้มั้ยที่รายงานทั้งหมดนี้เป็นเพียงผลจากการใช้เทคนิคการทดลองที่แย่, แน่นอน มันควรจะง่ายในการไขปมทีละประเด็นโดยทำการทดลองเพื่อหาความจริงใช่หรือไม่, แต่นั่นกลับเป็นเรื่องที่ยากอย่างไม่น่าเชื่อ เหตุผลที่สำคัญน่าจะเป็นเพราะคำกล่าว “น้ำร้อนเยือกแข็งเร็วกว่าน้ำเย็น” มันคลุมเครือ ไม่เคลียร์, ในเอกสารวิชาการที่ออกมาเมื่อเร็ว ๆ นี้ ( http://arXiv.org/abs/physics/0512262v1 ) Jeng ลงความเห็นว่าคำกล่าวที่ถูกต้องและชัดตรงกว่าคือ “มีชุดของพารามิเตอร์ตอนเริ่มต้น และค่าของอุณหภูมิที่ต่างกันคู่หนึ่ง ที่ทำให้สำหรับ 2 ตัวอย่างน้ำที่มีค่าของตัวแปรพารามิเตอร์เหล่านี้เหมือนกันหมด และต่างเพียงแค่อุณหภูมิ น้ำที่ร้อนจะเยือกแข็งเร็วกว่า”

มีพารามิเตอร์เช่นนั้นมากมายที่สามารถส่งผลต่ออัตราเร็วในการเยือกแข็ง ที่เห็นชัดที่สุดได้แก่ ปริมาตรและชนิดของน้ำ ขนาดและรูปร่างของภาชนะ และอุณหภูมิของเครื่องทำความเย็น, สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงความท้าทายอย่างสูงต่อนักทดลอง ผู้ซึ่งในหลักการแล้วจะต้องจัดเตรียมชุดของการทดลองจำนวนมหาศาลเกี่ยวกับภาชนะที่มีขนาดและรูปร่างต่าง ๆ กันไป ขณะเดียวกันก็ทำการแปรเปลี่ยนค่ามวลและปริมาณก๊าซในน้ำ รวมถึงวิธีทำความเย็น ในการทดลองแต่ละครั้ง เพื่อทดสอบผลที่ได้รับจากเงื่อนไขแบบต่าง ๆ

นอกจากนี้ ยังมีปัญหาที่สำคัญว่า เราจะนิยาม เวลาของการเยือกแข็ง อย่างไร, จะให้มันเป็นเวลาที่ผลึกน้ำแข็งเพิ่งปรากฏเป็นครั้งแรกดี หรือจะให้เป็นเวลาที่ของเหลวทั้งหมดแข็งตัวหมดดี (เนื้อของน้ำจะไม่เป็นน้ำแข็งพร้อมกันหมด อาจจะเริ่มเป็นผลึกจากจุดใดจุดหนึ่งก่อน – ผู้แปล), “เวลาทั้งสองแบบนี้ก็อาจจะยากในการสังเกต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในตู้เย็น” กล่าวโดยผู้เชี่ยวชาญเรื่องน้ำแข็ง Charles Knight แห่งศูนย์วิจัยบรรยากาศแห่งชาติ ใน Boulder มลรัฐ Colorado สหรัฐอเมริกา

พยายามไขปริศนา

บางที ความซับซ้อนเหล่านี้อาจอธิบายได้ว่าทำไม Mpemba effect ยังคงเป็นปริศนาจนถึงทุกวันนี้, นักวิทยาศาสตร์จำนวนหนึ่งทำการสืบสวนคำกล่าวอ้างของ Mpemba แต่ผลของพวกเขาก็ยังไม่เป็นที่สรุป, ตัวอย่างเช่น ใน ค. ศ. 1977 Jearl Walker รายงานใน Scientific American ว่าเขาได้สังเกตเวลาที่น้ำในบีกเกอร์เย็นตัวจนถึง 0 ^oC จากที่อุณหภูมิเริ่มต้นต่าง ๆ กัน ภายใต้หลาย ๆ สภาวะ, การทดสอบเหล่านี้ได้ให้ความกระจ่างชัดบางประการในปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้น, แต่ถึงแม้ Walker รายงานว่าเขาสามารถทำให้เกิดผลการทดลองส่วนใหญ่ซ้ำแบบเดิมได้ เขาก็ยังได้ผลบางอย่างที่เบี่ยงเบนระหว่างการทดลองแต่ละครั้งเป็นอย่างมาก “ผมไม่สามารถไขปมขัดแย้งที่มีขึ้นนี้ได้” เขากล่าว

อย่างไรก็ตาม แม้จะมีความไม่แน่นอนปรากฏในการทดลองเกี่ยวกับปรากฏการณ์เรื่อยมา Pablo Debenedetti นักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Princeton และผู้เชี่ยวชาญการเปลี่ยนสถานะของน้ำ รู้สึกดีที่จะเชื่อคำบรรยายของ Mpemba “ผมไม่เห็นเหตุผลอะไรที่จะสงสัยการสังเกตซึ่งแสดงว่าภายใต้บางสภาวการณ์ น้ำร้อนสามารถเยือกแข็งเร็วกว่าน้ำเย็นได้” เขากล่าว

แต่อะไรทำให้ปรากฏการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้น ทั้ง Debenedetti และ Knight ชี้ให้เห็นว่ามันน่าจะมีคำอธิบายหนึ่งที่ชัดเจน, ถ้าภาชนะที่ใช้ทดลองปล่อยให้เปิดไว้ น้ำร้อนจะระเหยเร็วกว่าและปริมาตรก็จะลดลงเมื่อเทียบกับน้ำเย็น, ด้วยปริมาตรที่เล็กว่า การเย็นตัวของน้ำร้อนก็อาจแซงการเย็นตัวของน้ำเย็นได้, มันควรจะทดสอบได้ไม่ยาก (ตามการกล่าวอ้างของ Debenedetti) เพราะอัตราการระเหยขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวของของเหลว, “สิ่งนี้สามารถควบคุมได้อย่างเป็นระบบในการทดลองที่มีขึ้นในภาชนะคู่หนึ่งที่มีรูปร่างแตกต่างกัน” เขากล่าว

ความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งก็คือว่ากระบวนการเยือกแข็งอาจได้รับผลจากก๊าซที่ละลายอยู่ในน้ำ, ในน้ำร้อนโดยทั่วไปจะมีก๊าซที่ละลายอยู่น้อยกว่าในน้ำเย็น ซึ่งหมายความว่าสองตัวอย่างที่แตกต่างเพียงอุณหภูมิเริ่มต้น อาจจะไม่เป็นเนื้อสสารที่เหมือนกันซะทีเดียว, Debenedetti ระบุว่าฟองก๊าซเล็ก ๆ สามารถเป็นตำแหน่งที่ทำให้เกิด nucleation ได้ซึ่งเป็นจุดที่ผลึกน้ำแข็งเริ่มก่อตัว (nucleation คือการเริ่มเกิดการเปลี่ยนสถานะที่บริเวณเล็ก ๆ บริเวณหนึ่ง การเปลี่ยนสถานะที่ว่านี้เป็นได้ทั้งการอุบัติขึ้นของก๊าซและของผลึก จากสถานะของเหลว -- ผู้แปล), ในหลักการ ลักษณะเช่นนี้น่าจะถูกคาดหมายว่าการกลายเป็นน้ำแข็งเกิดขึ้นง่ายกว่า ในน้ำเย็น (หมายถึงน้ำเย็นน่าจะเป็นน้ำแข็งก่อนน้ำร้อน -- ผู้แปล) ซึ่งขัดแย้งกับ Mpemba effect, แต่ Debenedetti กล่าวว่าความสามารถในการละลายของก๊าซไม่มีขั้วอย่างไนโตรเจนหรือมีเทนไม่จำเป็นต้องจะแปรเปลี่ยนไปอย่างเรียบ ๆ ตามอุณหภูมิ เพราะฉะนั้นเป็นไปได้ที่อาจจะมีช่วงอุณหภูมิที่น้ำร้อนมีก๊าซละลายอยู่มากกว่า

การทดลองเพื่อจะระบุถึงอิทธิพลของปัจจัยดังกล่าวอาจต้องการน้ำซึ่งได้ทำการไล่ฟองก๊าซที่ละลายอยู่ออกจนหมด, แต่ผลของสิ่งปะปน (impurity) อื่นที่ละลายอยู่อาจทำการตรวจสอบได้ยากกว่า ตัวอย่างเช่น เราอาจจะต้องแบ่งน้ำในอีมัลชัน (emulsion - ส่วนผสมของของเหลวที่โดยปกติไม่สามารถผสมเป็นเนื้อเดียวกันได้ -- ผู้แปล) ของน้ำมันกับน้ำ เป็นหยดเล็ก ๆ เพื่อทำให้เนื้อของหยดน้ำเล็กเกินกว่าจะบรรจุอนุภาคปะปนใด ๆ ได้

ยังมีความเป็นไปได้อีกประการคือเรื่องของ “โอกาส” เนื่องจาก nucleation ที่ทำให้เกิดผลึกน้ำแข็งที่จุดหนึ่งในน้ำที่กำลังเยือกแข็ง ขึ้นอยู่กับปริมาณโมเลกุลของน้ำที่มาอยู่รวมกันเพียงพอที่จะก่อตัวเป็นแกนกลางของผลึกน้ำแข็ง ซึ่งสามารถเติบโตออกไปได้อย่างไม่หยุดยั้ง, และยิ่งน้ำอยู่ใต้จุดเยือกแข็งมากเท่าไร ความน่าจะเป็นในการเกิด nucleation ก็มากขึ้นตาม, แต่ด้วยเหตุที่มันต้องใช้เวลาในการเกิด nucleation บ่อยครั้ง น้ำสามารถที่จะเย็นถึงระดับ “supercooling” ซึ่งทำให้มันยังคงเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิใต้จุดเยือกแข็ง, ถึงกระนั้น สิ่งปะปนที่อยู่กันแบบสุ่มในน้ำ อย่างเช่นผงฝุ่น สามารถทำให้อัตราการเกิด nucleation เร็วขึ้นและระดับความลึกของ supercooling ลง (นั่นคือเมื่อเกิดเป็นผลึกน้ำแข็งที่บริเวณหนึ่งได้เร็วขึ้น ซึ่งจะคายพลังงานความร้อนออกมาจากบริเวณนั้น ทำให้อุณหภูมิน้ำโดยรอบที่กำลังดิ่งลงไปเรื่อย ๆ ใต้จุดเยือกแข็ง หยุดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้นอุณหภูมิของ supercooling จึงไม่ลงไปต่ำกว่าจุดเยือกแข็งมากนัก), “การคงไว้ซึ่งทุกสิ่งทุกอย่างจากการทดลองหนึ่งไปอีกการทดลองอาจไม่สามารถเป็นไปได้ โดยปราศจากการบังคับควบคุม เพื่อให้เกิด nucleation ตามแบบที่ต้องการ และนั่นอาจทำลายปรากฏการณ์ที่พยายามตามหากันอยู่” กล่าวโดย Knight

Knight เสริมว่าเขาตระหนักถึงบทบาทของ “โอกาส” ก็เมื่อตอนที่เขาทำการทดลองเกี่ยวกับการก่อตัวของน้ำแข็งเมื่อเร็ว ๆ นี้, “ผมต้องนั่งในห้องที่มีอุณหภูมิติดลบ 15 ^oC และสังเกตน้ำที่กำลังแข็งตัวในถาดน้ำแข็งบนโต๊ะ สิ่งที่เกิดขึ้นมันเน้นย้ำว่าทุกสิ่งล้วนผันแปร บางก้อนเริ่มแข็งตัวภายใน 15 นาที แต่หลายก้อนยังไม่แข็งตัว เมื่อผ่านไปชั่วโมงหนึ่งหรือมากกว่านั้น”

ภารกิจยังไม่สิ้นสุด

ในปี ค. ศ. 1995 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน David Auerbach แห่งสถาบัน Max Planck เพื่อการศึกษาพลศาสตร์ของไหล ใน Gottingen มองลึกไปที่บทบาทของ supercooling ใน Mpemba effect, แต่สิ่งที่เขาพบมันกลับทำให้เรื่องราวซับซ้อนขึ้นไปอีก เขาสังเกตว่าน้ำร้อนเยือกแข็งที่อุณหภูมิสูงกว่าน้ำเย็น เพราะฉะนั้นตามความรู้สึกแล้ว น้ำร้อนก็น่าจะแข็งตัวก่อน

ทว่า น้ำเย็นใช้เวลาน้อยกว่าในการไปถึงสถานะ supercooling และถ้าตามนี้ ก็ดูเหมือนว่าน้ำเย็นจะเยือกแข็งได้เร็วกว่า, และยิ่งสับสนขึ้นไปอีก เมื่อพบว่านักวิจัย ก่อนหน้านั้น รายงานไว้ตรงกันข้ามว่า น้ำที่ร้อนแต่เริ่มต้น สามารถเข้าสู่สถานะ supercooling ที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่า (เกิด supercooling ที่ลึกกว่า) ในกรณีของน้ำเย็น, ในปี ค. ศ. 1948 Noah Dorsey แห่งสำนักงานมาตรฐานแห่งชาติสหรัฐอเมริกา โต้แย้งว่านี่เป็นเพราะความร้อนขับอนุภาคที่ปะปนอยู่ออกไป ซึ่งอนุภาคเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นแหล่งสำหรับการเกิด nucleation สำหรับน้ำแข็ง, เคยมีการกล่าวอ้างว่าผลของปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดการระเบิดของท่อน้ำร้อนได้เร็ว (หรือง่าย) กว่าในกรณีของท่อน้ำเย็น (เมื่อน้ำเปลี่ยนจากสถานะของเหลวเป็นสถานะของแข็งจะมีปริมาตรมากขึ้น และเป็นผลให้ท่อแตกได้ -- ผู้แปล) เนื่องจาก supercooling ที่ลึกกว่า (คือสามารถอยู่ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0 ^oC ได้มากกว่า ทั้ง ๆ ที่เป็นของเหลวอยู่ -- ผู้แปล) จะทำให้มีก้อนน้ำแข็งเกิดขึ้นภายในช่องทางน้ำในท่อก่อนจุดอื่น และทำให้เกิดอุดตันการไหล ในขณะที่สำหรับน้ำเย็น การแข็งตัวที่ใกล้ 0 ^oC มากกว่า (supercooling ไม่ลึก -- ผู้แปล) จะทำให้มีเพียงชั้นน้ำแข็งห่อหุ้มผิวของท่อ ส่วนช่องภายในท่อก็ไม่ได้อุดตันแต่ประการใด

ข้อขัดแย้งทั้งหมดนี้ยังดำเนินต่อไป อันทำให้ Mpemba effect เป็นปริศนาเหมือนเช่นเคย, Knight รู้สึกดีที่จะปล่อยให้มันค่อย ๆ คลี่คลายตามทางของมัน เพราะเขาคิดว่าความพยายามทำทุกอย่างให้กระจ่างชัด อาจจะต้องการการทุ่มเททำงานมากมาย เพียงเพื่อผลที่กลับมาน้อยนิด เหมือนขี่ช้างจับตั๊กแตน, แต่ Jeng มองในแง่ดีมากกว่า เขากล่าวว่าทั้ง ๆ ที่มีความซับซ้อนในปรากฏการณ์ การทดลองอาจทำได้โดยนักศึกษาปริญญาตรีและเด็กมัธยมปลาย ตราบใดที่มีการวางแผนการทดลองอย่างรัดกุม, เช่นเดียวกับที่ต้องคำนึงถึงว่าจะทำให้น้ำร้อนขึ้นด้วยวิธีอย่างไรกันแน่ และเทอร์โมมิเตอร์ที่ใช้ควรจะเป็นแบบไหน การทดลองก็ควรพิจารณารายละเอียดของสิ่งแวดล้อมรอบภาชนะบรรจุน้ำให้มาก ๆ ด้วย, “มันสามารถสร้างความแตกต่าง ไม่ว่าน้ำจะอยู่ในตู้แช่แข็งที่ว่างเปล่า หรืออยู่ท่ามกลางพิซซ่าแช่แข็งกับกล่องใส่ไอสครีมที่ปกคลุมด้วยชั้นบาง ๆ ของเกล็ดน้ำแข็ง” เขากล่าว

ถึงแม้ว่ามันอาจจะไม่ใช่การทดลองแบบที่ไฮเทคอย่างที่สุด แต่ก็ถือเป็นการทดลองที่จะช่วยไขปริศนาอันดึงดูดความสนใจ (พร้อมทั้งสร้างความฉงน) แก่นักวิทยาศาสตร์มามากกว่าสองสหัสวรรษแล้ว มีใครอาสามั้ยครับ?

แหล่งข้อมูลและเอกสารอ้างอิง

บทความจาก Physicsweb.org (physicsworld)
http://physicsweb.org/articles/world/19/4/4/1

บทความวิจัย
http://arXiv.org/abs/physics/0512262v1

เอกพงษ์

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 82 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 155 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

จำนวน 27 ความเห็น, หน้า่ | -1- 2|

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 1 22 เม.ย. 2549 (21:47)
ผมจำได้ว่าเคยดูรายการหนึ่งที่เขาเอาน้ำร้อนมาสาดกันใน สภาวะ ที่หนาวมากๆ แล้วมันแข็งตัวทันทีอ่ะ ไม่รู้ว่าน้ำเย็นจะเป็นแบบนั้นหรือเปล่า

คนๆ หนึ่ง (IP:203.113.0.193,,)

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 2 23 เม.ย. 2549 (00:24)
กฎฟิสิกส์น่าจะยังเชื่อถือได้ เพียงแต่ไม่อธิบายปรากฎการณ์ Mpemba ได้ ก็คงเหมือนกฎแรงโน้มถ่วง ที่ว่าวัตถุไม่ว่าขนาดใหญ่แค่ไหนหรือน้ำหนักแค่ไหน ต้องตกถึงพื้นโลกในเวลาเท่ากัน แต่ปรากฎว่าพอเป็นขนนก กับลูกตุ้มเหล็ก แน่นอนขนนกต้องตกลงช้ากว่า ปรากฎการณ์นี้เนื่องจากมีอากาศเป็นตัวต้าน
เป็นไปได้หรือไม่ว่า น้ำร้อนที่เย็นเร็วกว่าน้ำเย็น อันเนื่องจากมีอากาศเป็นตัวพาหะ น่าจะลองทดลองในระบบสูญญากาศดู อาจจะอธิบายปรากฎการณ์ Mpemba ได้

aa (IP:203.113.39.12,,)

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 3 24 เม.ย. 2549 (06:49)
น่าสนใจมากครับ ผมก็ช่วยตอบไม่ได้เหมือนกัน แต่ว่าการทดลองนี้จะทำให้ตู้เย็นพังเร็วขึ้นรึเปล่า? ถ้าเอาของร้อนๆ ไปแช่ทันที

Z-1

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 441 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 166 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 4 25 เม.ย. 2549 (01:10)
เป็นเรื่องของการจัดเรียงตัวโมเลกุลของน้ำหรือเปล่าครับ ถ้าเป็นน้ำร้อนถึงแม้ว่าโมเลกุลจะวิ่งไวและอยู่ห่างกันมากกว่าน้ำเย็นแต่ก็อาจทำให้เกิด nucleation ได้มากจุดกว่าอีกทั้งยังสามารถจัดตัวให้ "ลงล๊อก" ได้รวดเร็วกว่า (แต่จะได้น้ำแข็งแบบที่ความหนาแน่นไม่เท่ากับน้ำแข็งที่ค่อยๆแข็งตัวจากน้ำเย็น -> น้ำแข็งตามปกติ) ต้องลองๆๆ

Goon (IP:203.113.81.37,,)

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 5 26 เม.ย. 2549 (12:21)
ใช่ ผมเห็นด้วยกะคุณ Goon ผมว่าน้ำเย็นมันน่าจะ stable กว่าน้ำร้อน อาจจะคายพลังงานเพื่อ form ตัวเป็นผลึกในอัตราที่น้อยกว่า จึงทำให้ อาจจะแข็งตัวช้ากว่าในสภาวะที่เย็นมากๆ subcool ใน Thermodynamics

RDNarineMan

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 65 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 6 26 เม.ย. 2549 (18:19)
ขอเพิ่มเติมจากคุณ Goon นะครับ ผมคิดว่า

การที่โมเลกุลของน้ำร้อนวิ่งเร็วกว่าน้ำเย็นมีส่วนทำให้น้ำร้อนแข็งตัวเร็วกว่าครับ เพราะว่าจะเกิดความไม่แน่นอนของอุณหภูมิน้ำภายในแก้วได้มากกว่า ความไม่แน่นอนนั้นเองทำให้ "พิสัย" ของอุณหภูมิมีมากขึ้น โอกาสที่น้ำร้อน(วัดที่สถานะเริ่มต้น) ในบางบริเวณจะแตะจุดเยือกแข็งก่อนก็จะมีมาก ส่วนในน้ำเย็น(วัดที่สถานะเริ่มต้น) พิสัยอุณหภูมิจะมีค่าน้อยกว่า

เมื่อเวลาผ่านไป ถ้าหากว่า พิสัยของอุณหภูมิยังไม่มีการเปลี่ยนแปลงจนมากเกินไป(บางทีอาจจะเปลี่ยนนะครับ แต่นี่ขอว่าตามความคิดผมก่อน) น้ำร้อนในบางบริเวณก็สามารถที่จะเกิด nucleation ครั้งแรกก่อนได้ ซึ่งบางทีเราก็อาจจะนับว่ามันเป็นการเยือกแข็ง และถ้านับรวมผลการทดลองของนักวิทยาศาสตร์บางท่านที่ว่าน้ำเย็นสามารถอยู่ใน supercooling ได้ลึกกว่า นั่นคือบางทีน้ำเย็นมันไม่ได้รีบจะแข็งตัวเหมือนน้ำร้อน ก็ดูจะมีความเป็นไปได้มากขึ้นครับ

ดังนั้น สิ่งที่น่าจะลองพิจารณาดูก็ได้แก่ พิสัยอุณหภูมิของน้ำที่ภาวะต่างๆ เช่นที่อุณหภูมิเริ่มต้นต่างกัน ที่ภาชนะต่างรูปแบบกัน (แต่ก็ไม่รู้จะทดลองได้ยังไงแฮะ

) และผมว่าเรื่องเกี่ยวกับความหนาแน่นของน้ำก็น่าสนใจนะครับ เพราะมันอาจจะอธิบายเรื่องเกี่ยวกับ อัตราการเปลี่ยนแปลง ของพิสัยของน้ำได้

james_Duis_Dui

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 144 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 149 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 7 27 เม.ย. 2549 (09:07)
แล้วในแง่ความสิ้นเปลืองพลังงานล่ะ สรุปว่าไง

itim

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 2 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 8 27 เม.ย. 2549 (12:55)
อยากลองทดลองดูค่ะ แต่กลัวตู้เย็นพัง

ตอนเด็กจะเอาของร้อนๆเข้าตู้เย็น แต่โดนแม่ด่า อิอิ

ตอนนั้นไม่รู้จักทฤษฎีนี้นะคะ

แป๋มคุง 100

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 81 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 152 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 9 29 เม.ย. 2549 (10:30)
เคยดูรายการเกมโชว์วิทยาศาสตร์ รายการMega Cleverน่ะค่ะ ไม่รู้ว่าจะเกี่ยวข้องกับเรื่องนี้หรือเปล่า ที่เขาเอาน้ำมาทดลองลดความกดอกาศลงเรื่อยๆ สักพักน้ำจะเดือด เมื่อเดือดไปได้สักครู่น้ำก็จะแข็งต้วอย่างรวดเร็ว เพราะเมื่อความกดอากาศลดลง จุดเดือดของน้ำก็จะลดลงด้วย แต่เมื่อน้ำระเหย และได้ระบายความร้อนออกไป น้ำที่เหลือจึงแข็งต้ว ไม่แน่ใจว่าเป็นเพราะอุณหภูมิมันเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างไรบ้างค่ะ

scientist

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 13 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 149 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 10 29 เม.ย. 2549 (10:35)
ดูแล้ว การทดลองก็ไม่น่าจะยาก
แต่ ของที่แช่อยู่นี่สิ
ถ้าเอาออกมา รอน้ำแข็ง มันจะเน่าหมดก่อนหรือเปล่า

ถ้าตูเย็นว่าง ๆ เมื่อไรแล้วอาจจะลองดู ถ้าไม่ลืมเสียก่อน

นิรันดร์

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 12847 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 849 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 11 30 เม.ย. 2549 (12:09)

อาจจะดูเหมือนคนวาดจงใจไปหน่อยนะครับ

james_Duis_Dui

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 12 30 เม.ย. 2549 (12:15)
แต่ก็ยังสามารถที่จะพูดได้ว่า ถ้านำอุณหภูมิเฉลี่ย(ที่เป็นเส้นกราฟ) มาคิด กฏการเย็นตัวของนิวตันก็จะยังใช้ได้ครับ

james_Duis_Dui

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 13 30 เม.ย. 2549 (12:50)
ผมลองแช่น้ำร้อนกับน้ำเย็นในถ้วยเล็กๆ ดู ปรากฎว่าน้ำเย็นแข็งก่อนครับ
แต่ผมทำแบบง่ายๆ ไม่ได้ควบคุมอะไรมาก ก็เลยไม่อยากจะฟันธง

มีคนทดลองแล้วเขาว่าไว้ว่า ...
http://www.straightdope.com/classics/a2_098b.html

ตาหลิว (IP:65.110.6.40,,)

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 14 30 เม.ย. 2549 (17:54)
จากที่อ่านมาเราคิดว่าเวลานำเดือดจะมีไอร้อนแพ่ออกรอบด้าน ตัวนั้นอาจเป็นตัวที่ดูดความเย็นเข้ามาเร็วขึ้น แต่ถ้านำเย็นก็จะแพ่ไอเย็นที่มีความเย็นกว่าออกไปมากกว่าที่จะดูดไอเย็นเข้ามาทำให้เย็นช้ากว่า ก็เป็นได้

Pinanong

developy@hotmail.com (IP:203.144.143.4,58.8.101.192,)

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 15 2 พ.ค. 2549 (20:51)
ปกติแล้ว ถ้านำของร้อนแช่เย็น เครื่องจะทำงานหนักขึ้นป่าว
อันนี้ก็ไม่รู้หรอก แต่ถ้ามันทำงานหนักขึ้นจริง ก็ต้องใช้ตู้แช่ตู้เดียวกัน แล้ว ....ความร้อนแฝงมันคืออะไร ..งง ..ลืมหมดแล้ว
แล้วถ้าน้ำร้อนกลายเป็นน้ำเย็นได้ โดยการระบายความร้อนในตัวออกไป แล้วการแพร่ของคลืนรังสีความร้อน(ใช้คำนี้ได้มั้ย) มันเร็วมากป่าว ถ้ามันเร็วมากๆๆๆๆๆๆๆๆๆๆ ก็ไม่น่ามีปัญหาในการถ่ายเทความร้อน ในที่ๆ มีอุณหภูมิคงที่ ให้ทันกับน้ำที่อุณหภูมิตำกว่า แล้วน้ำเปลี่ยนสถานะด้วยความร้อนแฝง แล้วมันแข็งเร็วช้ากว่ากันเท่าไหรนะ ต่างกันมากมั้ย

ที่กล่าวมาทั้งหมดนี้ ข้าน้อยด้อยปัญญา อาจจะทำให้ผู้รู้บางคนตลกในความคิดของข้าพเจ้า ก็ขออภัยมา ณ ที่นี้ด้วย

drink (IP:203.113.16.250,203.113.45.198,)

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 16 3 พ.ค. 2549 (11:06)
ผมว่าหลักฟิสิกส์ล้วนๆไม่สามารถอธิบายได้ทุกๆอย่างหรอกครับ
เพราะบางที่มันก็ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางเคมีของสสารแต่ละชนิด
ละก็อื่นๆอีกหลายอย่างครับทำให้เราต้องคำนึงถึงอย่างอื่นด้วย

Timestopper_STG

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 1837 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 282 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 18 4 พ.ค. 2549 (16:33)
เป็นได้ไหมว่า
น้ำร้อนโมเลกุลมีความเคลื่อนไหว ทำให้หมุนเวียนกันไปสัมผัสผิวภาชนะที่มีความเย็นต่ำกว่าได้อย่างทั่วถึง ส่งผลให้ความเย็นเฉลี่ยไปได้ทั่วทุกอณูเร็วกว่า ทำให้แข็งตัวได้เร็วกว่า

ข้อสังเกต
ถ้าจะทดลองกัน ช่วยสังเกตด้วยนะครับว่า น้ำบริเวณไหนที่เริ่มเยือกแข็งก่อน (ส่วนที่อยุ่ผิวหน้า หรือส่วนที่ติดผิวภาชนะ หรือที่ก้นภาชนะ) และเปรียบเทียบระหว่างน้ำเย็นกับน้ำร้อนด้วยนะครับ

olarik (IP:202.29.129.202,192.168.0.64,)

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 19 6 พ.ค. 2549 (15:14)
ผมว่าถึงบางอย่างจะต้องว่ากันด้วยสมบัติทางเคมี แต่การทดลองด้วยการวัดผลบางอย่างให้ละเอียดก็อาจจะทำให้เราไม่จำเป็นต้องคำนึงถึงสมบัติทางเคมีก็ได้ครับ เพราะบางทีการทดลองนั้นอาจจะเป็นการทดสอบสมบัติทางเคมีไปในตัว เช่น การทดลองเกี่ยวกับจุดเดือด เราสามารถอธิบายสภาพของโมเลกุลในเชิงฟิสิกส์ได้นี่ครับ

james_Duis_Dui

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 20 8 พ.ค. 2549 (16:14)
เปนเรื่องของ โมเลกุลของน้ำร้อนเปล่าอ่ะ น่าจะมีความเปนไปได้นะ

[p]-!-[e] (IP:124.121.126.72,,)

ความเห็นเพิ่มเติมที่ 21 10 พ.ค. 2549 (23:26)
ผมเห็นด้วยกับ คห.4-5-6 นะ ที่ว่าการที่เรียงตัวอย่างหลวมๆมาก่อนเนี่ย เวลาที่มันพยายามจะสร้างพันธะในรูปแบบของแข็งอาจจะง่ายกว่าน้ำที่จัดเรียงกันแน่นพอสมควรแล้ว

ผมคิดว่า ถ้ามีอัตราการเปลี่ยนแปลงค่อนข้างคงที่ล่ะ จะเป็นยังไง แบบที่ว่า ถ้าของร้อนเจอสิ่งแวดล้อมเย็นเนี่ย มันจะเย็นลงเร็วมากเลยใช่มั้ยล่ะครับ ผิดกับของที่เย็นๆอยู่แล้วไปแช่เย็น

หรืออาจเป็นเพราะการเคลื่อนที่ของโมเลกุลในน้ำขณะอุณหภูมิต่ำกับสูง จะสังเกตุได้ว่าถ้าทิ้งน้ำแข็งไว้ในน้ำ กับใส่น้ำแข็งแล้วคนไปด้วย ไอ้ที่คนต้องละลายก่อนแน่ๆ เหมือนกับน้ำร้อนที่โมเลกุลในน้ำน่าจะเคลื่อนที่ไปมามากกว่าในน้ำเย็น การส่งถ่ายอุณหภูมิเลยดีกว่า จึงเยือกแข็งเร็วกว่า

หรืออาจเป็นเพราะศาสตร์มืดก็ได้ ใครเรียนทางนี้ลึกมากๆอาจกลายเป็นซิทลอร์ดและดาร์คเวเดอร์ในที่สุด (อันนี้นอกเรื่องไปหน่อย)

จากสมมุติฐานของผมเองนะ คงจะไร้สาระไปหน่อย ผมก็อยากอ่านสิ่งที่คนอื่นคิดพอๆกับคิดเองแหละครับ

EeTsuคุง

ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 39 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 201 ดวง - โหวตเพิ่มดาว

ความเห็นเพิ่มเติม วิชาการ.คอม

ชื่อ / email:
ข้อความ

รูปภาพ หรือ ไฟล์

กรุณาล๊อกอินก่อน เพื่อโพสต์รูปภาพ และ ใช้ LaTex ค่ะ สมัครสมาชิกฟรีตลอดชีพที่นี่

ตัวช่วย 1: CafeCode วิธีการใช้
ตัวช่วย 2: VSmilies

วิธีการใช้
ตัวช่วย 3: พจนานุกรมไทย ออนไลน์ ฉบับราชบัณฑิต
ตัวช่วย 4 : dictionary ไทย<=>อังกฤษ ออนไลน์ จาก NECTEC
ตัวช่วย 5 : ดาวน์โหลด โปรแกรมช่วยพิมพ์ Latex เพื่อแสดงสมการบนวิชาการ.คอม

ขอบคุณผู้สนับสนุน

Hot Links

คลังข้อสอบ | ข่าววิชาการ
เล่นกล/เกม | อ่านนิยาย
ข่าวทุนการศึกษา | ลิงค์

วิชาการ.คอม คือ ใคร? || กฏ กติกา มารยาท || ติดต่อลงโฆษณา || ร่วมงานกับเรา

ติดต่อลงโฆษณา :	คุณอันนา 086-4907600, 0-2583-2802 และ 086-4907585
สำนักงาน :	0-2642-7828
อีเมล์ :

คลิ๊กเพื่อดูสถิติ

รับรองและสนับสนุนโดย

สสวท.

มูลนิธิ พสวท.

พสวท.