Uzun süre soğuma ve donma süreçlerini tek bir değişken üzerinden düşündük: sıcaklık. Başlangıçta daha sıcak olan bir sistemin daha fazla enerji taşıdığı ve bu yüzden daha uzun sürede donması gerektiğini düşündük. Bu hem sezgisel geliyordu hem de kitaplarda böyle anlatılıyordu.
Ama bazı deneyler bu tabloyu biraz bozdu.
Bazı koşullarda, başlangıçta daha sıcak olan suyun, daha soğuk sudan önce donabildiği fark edildi. İlk başta bu, bir ölçüm hatası gibi durdu. Belki deney düzeneğiyle ilgili bir ayrıntıydı. Ama aynı sonuç farklı yerlerde, farklı düzeneklerde tekrar tekrar ortaya çıkınca, “hata” demek yetmemeye başladı.
Bu gözlemi ilk kez ciddiyetle dile getiren kişi bir akademisyen değildi. Tanzanya’da lise öğrencisi olan Erasto Mpemba.
Bir ders sırasında yaptığı basit bir deneyde, gördüğü şeyle kendisine anlatılan şeyin uyuşmadığını fark etti. Üzerinde durdu. Israr etti. Ve farkında olmadan çok temel bir soruyu ortaya attı: Bir şeyin donma süresini gerçekten ne belirler?
Bugün Mpemba etkisi dediğimiz şey, bu sorunun ta kendisi.
Donma, çoğu zaman yalnızca bir sıcaklık eşiğinin aşılması gibi düşünülür. Oysa fiziksel olarak donma; çekirdeklenme, süpersoğuma, ısı transferinin zaman evrimi ve akış sistematiği gibi birçok sürecin birlikte işlediği denge-dışı bir geçiş. Başlangıç sıcaklığı, yalnızca sistemin toplam enerjisini değil, bu süreçlerin nasıl organize olacağını da etkilemekte.
Yani biz donma olayını uzun süre tek bir sayıya indirgemiş durumdayız. Oysa süreç, zamana yayılan oldukça karmaşık bir tarafta.
Bu yüzden Mpemba etkisi, fiziğin kurallarıyla çelişen bir durum değil esasında. Tam tersine, dengeye giden yolun tek olmadığını gösteren etkileyici bir örnek. İki sistem aynı noktaya ulaşsa bile, o noktaya aynı sürede varmak zorunda değil.
Burada asıl ilginç olan şu: Bir sistemin dengeye ne kadar sürede ulaştığı, sadece nereden başladığıyla ilgili değil. Nasıl başladığı da en az onun kadar önemli.
Güzel olan şu ki, benzer şeyler kuantum sistemlerde de görülüyor. Atom ölçeğinde bile, bazen dengeye daha uzak bir durumun daha hızlı toparlandığını biliyoruz. Bu da bize, işin sadece enerji farkıyla bitmediğini söylüyor.
O yüzden Mpemba etkisi sadece suyun donmasıyla ilgili bir merak değil. Denge-dışı fiziği nasıl düşünmemiz gerektiğine dair daha büyük bir resmin küçük bir parçası.
Şu an gördüklerimiz bu resmin ilk katmanı. Detaylar arttıkça, dengeye giden yolların sandığımızdan çok daha çeşitli olduğu ortaya çıkıyor. Ve bu hikaye, bir lise öğrencisinin basit ama dikkatli bir gözlemiyle başlıyor.
Hep deriz ya, bilim güzeldir.
Çünkü bazen en basit deney, en büyük soruyu sordurur insana.
