¿Por qué el agua caliente se congela más rápido que el agua fría?

Parece sensato asumir que una temperatura inicial más baja proporcionaría una ventaja insuperable para llegar al punto de congelación. En la sencilla carrera del termómetro, un objeto caliente primero tendría que alcanzar la temperatura original del objeto con menor temperatura y luego seguir descendiendo, lo que sugiere que debería pasar mayor tiempo en enfriamiento hasta congelarse. Pero esto no es lo que ocurre en la realidad.

Este ilógico fenómeno fue observado por el propio Aristóteles, quien escribió sobre que unos habitantes de la actual Turquía rociaban las estacas de sus empalizadas con agua caliente para asegurarlas, porque así se congelaban antes. Pero recién en la década de 1970 el fenómeno recibió una poco clara y cuestionada explicación y se le dio el nombre de “efecto Mpemba”. Y fue durante los últimos años que se popularizó cuando cientos de personas aprovechaban las temperaturas invernales para lanzar al aire litros de agua hirviendo que nunca regresaban a la superficie.

Hubo diversas teorías que intentaban explicar el por qué de este efecto: algunas eran sobre la disolución de los gases en las gotas, otras de las propiedades de los enlaces moleculares, otras que el agua caliente se evapora más rápido, pierde masa y necesita perder menos calor para congelarse. Pero todas ellas fueron descartadas y el efecto ha sido difícil de probar, en parte por el tiempo que se tarda en enfriar grandes volúmenes de agua y en parte porque el agua es un sistema mucho más complicado de lo que parece a primera vista.

Un nuevo experimento

Los experimentos que estudian este fenómeno se vieron enturbiados por las complejidades del agua y el proceso de congelación, lo que dificulta la reproducción de los resultados y deja a los científicos en desacuerdo sobre qué causa el efecto, cómo definirlo e, incluso, si es real. Pero ahora, un par de físicos de la Universidad Simon Fraser desarrollaron por primera vez un experimento para demostrar el efecto Mpemba en un entorno controlado.

En su artículo publicado en la revista Nature, Avinash Kumar y John Bechhoefer describen una forma de acelerar el proceso de enfriamiento insertando microesferas de vidrio en agua y luego sometiéndola a fuerzas cuidadosamente diseñadas. En el experimento, cada cuenta representa a una sola molécula de agua, y las mediciones se realizaron 1000 veces bajo un conjunto de condiciones controladas para producir una colección de "moléculas", mientras que un láser ejercía fuerzas sobre cada una.

La pareja determinó que, basándose en la variación de fuerzas en la esfera de vidrio en el agua, algunas de ellas podían enfriarse mucho más rápido de lo normal si la forma en la que se aplicaba estas fuerzas estaba diseñada "correctamente". Bajo ciertas condiciones, las perlas que comenzaron más calientes se enfriaron más rápido, y a veces exponencialmente más rápido, que las perlas más frías.

Para las cuentas, dependiendo de la forma del paisaje dado por las fuerzas, comenzar a una temperatura más alta significaba que podían reorganizarse más fácilmente en una configuración que coincidiera con una temperatura más baja. Es como cuando un excursionista puede llegar a un destino más rápido al comenzar más lejos, si ese punto de partida le permite evitar un camino complicado en la montaña.