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Metti due bicchieri d'acqua nel freezer: uno con acqua bollente, l'altro con acqua fredda. Quale congela prima? La risposta ovvia sarebbe: "L'acqua fredda". Ma la natura non sempre segue la logica: in determinate condizioni, l'acqua calda congela prima di quella fredda. Si chiama effetto Mpemba, ed è uno dei paradossi più ostinati della fisica moderna.
Uno studente tanzaniano sfida i professori
La storia inizia nel 1963 in Tanzania. Erasto Mpemba, uno studente di scuola superiore, stava preparando del gelato con i compagni di classe. Per guadagnare tempo, mise la sua miscela ancora calda nel freezer, mentre gli altri aspettavano che si raffreddasse. Con sua sorpresa, il suo gelato si solidificò prima degli altri. Quando lo fece notare all'insegnante, venne deriso. Ma Mpemba non si arrese: anni dopo, durante una conferenza all'Università di Dar es Salaam, pose la stessa domanda al fisico Denis Osborne. Osborne, anziché liquidarlo, decise di verificare. I risultati, pubblicati su Physics Education nel 1969, confermarono che il fenomeno era reale.
Un mistero che dura da secoli
In realtà, l'osservazione non era del tutto nuova. Aristotele la menzionò nel IV secolo a.C. nei Meteorologica, scrivendo che "l'acqua calda contribuisce al congelamento più rapidamente della fredda". Anche il filosofo e scienziato napoletano Giambattista Della Porta descrisse lo stesso fenomeno nel 1558 nella sua Magia Naturalis, uno dei testi scientifici più influenti del Rinascimento italiano. Francis Bacon e René Descartes fecero osservazioni analoghe nei secoli successivi, ma nessuno riuscì a spiegarlo.
Le ipotesi in campo
Dopo oltre sessant'anni dalla pubblicazione di Mpemba e Osborne, la comunità scientifica non ha ancora una spiegazione definitiva. L'ipotesi più intuitiva riguarda l'evaporazione: l'acqua calda evapora di più, riducendo il volume da congelare. Ma non basta a giustificare tutti i casi osservati. Un'altra possibilità sono i moti convettivi: nell'acqua calda si creano correnti interne più intense che distribuiscono il calore in modo più efficiente verso le pareti del contenitore.
La spiegazione più affascinante è l'ipotesi dei legami idrogeno, proposta nel 2013 da Xi Zhang della Nanyang Technological University di Singapore e pubblicata su Journal of Chemical Theory and Computation: nell'acqua calda, i legami tra le molecole si allungano immagazzinando energia in modo tale da accelerare il successivo raffreddamento. Nel 2017, il team di Antonio Lasanta dell'Università di Extremadura ha proposto un modello basato sulla dinamica dei fluidi granulari, pubblicato su Physical Review Letters, secondo cui l'effetto Mpemba non sarebbe esclusivo dell'acqua ma potrebbe verificarsi in diversi sistemi fisici.
Perché è così difficile da dimostrare
Il problema principale è la riproducibilità. L'effetto Mpemba non si manifesta sempre: dipende dalla forma del contenitore, dalla presenza di gas disciolti nell'acqua, dalla temperatura del freezer, perfino dalla composizione minerale dell'acqua utilizzata. Henry Burridge e Paul Linden dell'Università di Cambridge, in uno studio pubblicato su Scientific Reports nel 2016, hanno mostrato che controllando tutte le variabili l'effetto scompare in molti casi, ma non in tutti.
È proprio questa imprevedibilità a rendere il fenomeno così frustrante per i fisici e così affascinante per chiunque altro. Puoi provarlo tu stesso a casa, con due bicchieri e un freezer: non sempre funziona, ma quando succede è la dimostrazione che anche un gesto banale come congelare l'acqua può nascondere un mistero che la scienza non ha ancora risolto dopo 2.400 anni.
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