شاید در مورد اثر امپمبا (Mpemba effect) تا حالا چیزی شنیده باشین. ماجرا این بوده که پسربچه‌‌ای به اسم امپمبا موقع بستنی درست کردن متوجه میشه که هر چی مخلوط شیر رو داغ‌تر بذاره توی فریزر، زودتر بستنی درست میشه و این چیز عجیبیه چون مایع «گرم» نسبت به مایع «گرم‌تر»، «دیرتر» سرد میشه! پس صورت مسئله اینه:
سیستم گرمی که با یک منبع سرد در تماس سریع است (quenched) زودتر از یک سیستم سرد به تعادل گرمایی با آن منبع می‌رسد!
بیان اثر امپمبا
خم قرمز که نماینده تحویل سیستم داغ است نشان می‌دهد که این سیستم در زمان th به تعادل رسیده در حالی که سیستم سرد (آبی) در زمان th<tw به تعادل رسیده که زمان بیشتری است! محور عمودی در واقع فاصله هر آن از سیستم تا تعادل است که به عنوان نماینده‌‌ای برای دما در سیستم‌های غیرتعادلی استفاده می‌شود. نمودار بالا-راست پتاسیل دو‌چاهه‌ای را نشان می‌دهد که یک وضعیت پایدار و یک وضعيت شبه‌پایدار با اختلاف انرژی ΔE ایجاد می‌کند. نیرویی که به ذره‌ای در مکان x وارد می‌شود به جزئیات این چاه پتانسیل بستگی دارد. جزئیات بیشتر در اینجا.
DOI: https://doi.org/10.1038/s42254-021-00349-8
سال‌هاس که سر این ماجرا بحثه که چرا و چگونه!؟ یکی از مشکلات عمده هم طراحی آزمایش‌هایی هست که بشه چندین بار این پدیده رو با دقت مناسبی مشاهده کرد. مشکل دیگه اینه که آیا نظریه خوبی برای توجیه این مسئله میشه پیدا کرد؟! و در صورت پیدا شدن آیا این فقط مختص یک سیستم خاصه یا فهمیدن جواب این پرسش درک ما رو از چیزهای دیگه هم بیشتر می‌کنه؟
چند ماه گذشته آقای کومار به همراه استادش در دانشگاه سایمون فریزر کانادا مقاله‌ای در مجله نیچر منتشر کردن حاکی از این که توی یک سیستم چسب‌سان موفق شدن که اثر امپمبا رو به کرات آزمایش کنند. ایده آزمایش هم اینه که می‌خوایم یه سیستم رو از دو حالت با دماهای مختلف ببریم به یک حالت سرد به این امید که سیستمی که از حالت داغ‌تر شروع کرده، با اینکه از حالت سردتر هم می‌گذره ولی در نهایت زودتر به حالت سرد نهایی می‌رسه. کاری هم که در عمل انجام دادن اینه که بارها گذاشتن یک ذره در یک پتانسیل با شکل خاصی ول‌بگرده (Brownian particle). نتیجه این بوده که برخلاف باور قدیمی‌تر، این پدیده نیاز به یک «گذار فاز» نداره و سازوکار غنی‌تری وجود داره که این پدیده عضوی از اونه.
توی این ویدیو در مورد این اثر و چالش‌هاش نظری و آزمایشگاهی مربوط بهش حرف می‌زنیم و می‌گیم که در حال حاضر چقدر این پدیده رو درک می‌کنیم.
اگه حوصله دیدن این ویدیو رو ندارین، اینجا رو بخونید.