Парадокс Мпембы

Любознательный школьник из Танзании Эрасто Мпемба, благодаря незнанию законов термодинамики, в 13 лет обнаружил физический парадокс, поставивший в тупик учёных.

В 1963 году он вместе со всеми делал мороженое. Требовалось вскипятить молоко, растворить в нём сахар, полученную смесь охладить до комнатной температуры и поместить в холодильник. Эрасто вскипятил молоко позже других и поставил в холодильник горячий раствор, который почему-то замёрз раньше, чем у других учеников!

Это было так странно, что удивлённый Эрасто никому ничего не сказал. У себя дома он провёл такой же эксперимент с водой. Результат был тот же. Осталось только выяснить у преподавателя, почему так получается. В ответ была усмешка: «Это новая физика Мпембы».

Эрасто поступил в колледж «Африканского управления дикой природой». Однажды им прочёл цикл лекций профессор Деннис Осборн. Мпемба рассказал ему о своём опыте и попросил объяснить его. Ведь получается парадокс: чтобы горячая жидкость замёрзла, она должна сначала охладиться до комнатной температуры, и на это требуется время. Поэтому, если вода уже охлаждена до этой температуры, то она должна замёрзнуть раньше, чем горячая вода того же объёма. А тут получается наоборот.

Деннис Осборн признал, что такое явление противоречит здравому смыслу. Однако решил проверить «эффект Мпембы». Некоторые эксперименты он проводил вместе с Эрасто. В результате они опубликовали в 1969 году статью в научном журнале с описанием этого открытия. В отличие от 13-летнего Эрасто маститые учёные не проявили интереса к новому физическому явлению, заведомо сочтя его ошибкой.

Эрасто Мпемба

Только сравнительно недавно, в 2016 году, группа американских физиков опубликовала статью с результатами своей экспериментальной проверки «эффекта Мпембы». У них получилось опровержение этого явления: чем горячее была вода, тем дольше она замерзала. Чуда не произошло! Тем более что никакого теоретического обоснования этого «эффекта» не было.

Правда, год спустя появились статьи, в которых предлагались гипотезы, объясняющие «эффект Мпембы». Называют наиболее правдоподобные версии причин данного явления:

• Прохладная вода начинает замерзать сверху, задерживая тепловое излучение нижних слоёв. Горячая вода начинает замерзать снизу, где она холодней, и это усиливает тепловое излучение верхних.

• Чем теплее вода, тем больше расстояние между молекулами жидкости. От этого растягиваются водородные связи, накапливая энергию. При охлаждении воды молекулы сближаются друг с другом, высвобождая энергию, что и вызывает охлаждение.

• Горячая вода содержит меньше растворённых газов, которые выделяются при нагревании. Изменение свойств горячей воды вызывает её сравнительно быстрое охлаждение…

Есть гипотезы, но не более того. До сих пор парадокс Мпембы вызывает сомнения. Хотя не исключено, что вода, жидкость оригинальная, преподнесла нам ещё одну свою загадку, которую предстоит разгадать.

А может быть, всё дело в том, что была первоначально у Мпембы не вода, а сахарно-молочная смесь?

Парадокс Пето

Синий кит больше всех животных по размеру. Значит, клеток в их теле больше, чем у других животных. Считается, что онкологические заболевания начинаются на уровне одной «перерождённой» или повреждённой клетки. У млекопитающих клетки по структуре и функциям схожи.

Вывод очевиден: чем больше клеток в организме и чем дольше этот организм живёт, а значит, больше появляется новых клеток, тем выше у него вероятность заболеть раком. Следовательно, киты должны быть более склонны приобрести злокачественную опухоль, чем люди, а тем более мыши.

На самом деле это не так. Парадокс, названный в честь профессора Оксфордского университета статистика и эпидемиолога Ричарда Пето, утверждает: связи между размером животного и риском заболевания раком не существует. И люди, и киты имеют примерно равные шансы заболеть раком. Более того, у мышей эти шансы гораздо выше, чем у людей, а у людей выше, чем у китов.

Это действительно странно. Ведь структура клетки, характер обмена веществ и размножения примерно одинаковы у всех млекопитающих. Однако смертность от рака у мышей примерно вдвое выше, чем у собак и людей.

Из Википедии: «В исследовании 2015 года, проведённом в зоопарке Сан-Диего, были изучены результаты 36 различных видов млекопитающих, размером от 51-граммовой полосатой травяной мыши до 4800-килограммового слона, почти в 100 000 раз больше. Исследование не обнаружило связи между размером тела и заболеваемостью раком». По некоторым сведениям, у двух тысяч убитых в 1966 году усатых китов не было обнаружено признаков ракового заболевания.

Сразу приходит в голову вывод: парадокс Пето опровергает мнение, о том, что рак развивается прежде всего на уровне одной клетки. Судя по всему, надо иметь в виду болезнь не отдельной клетки, а организма как единого целого.

Однако не так всё просто и понятно. У представителей одного и того же вида риск рака увеличивается пропорционально размерам тела. Это показал учёт почти 75 тысяч собак в США: смертность от онкологических заболеваний у крупных пород была значительно выше, чем у мелких.

В Британии по результатам исследования почти 18 тысяч служащих выяснилось, что риск раковых заболеваний повышается пропорционально размерам тела. То же подтвердили исследования более миллиона британских женщин. Подчёркивается, что учитывались разные факторы риска, например курение, профессия.

Подобные факты как будто опровергают парадокс Пето. Неужели всё-таки чем больше клеток в организме представителя данного вида, тем выше риск онкологического заболевания?

Возможно, причина такой корреляции в том, что есть оптимальные размеры тела животного как результат естественной биологической эволюции. А есть результат искусственного отбора и употребления прямо или косвенно гормонов роста и различных препаратов, усиливающих склонность к раку. Но это не более чем предположение.

Синий кит, несмотря на свои размеры, менее подвержен онкологии, нежели человек

По мнению некоторых биологов, парадокс Пето – следствие различной сопротивляемости онкологическому заболеванию представителей разных видов животных. Например, голый землекоп совсем невелик и живёт сравнительно долго, а, в отличие от мыши, почти никогда не болеет раком.

В связи с парадоксом Пето проводятся различные исследования, помогающие лучше понять особенности онкологических заболеваний не только у разных видов, но в первую очередь у людей.

Чайник Рассела

Мы уже упоминали имя Бертрана Рассела – британского логика, математика, философа-атеиста и нобелевского лауреата по литературе. В 1952 году он опубликовал статью «Есть ли Бог?», где показал ошибку верующих, которые требуют от атеистов доказательств, что Бога нет: «Многие верующие говорят так, будто скептики должны опровергать их догмы, а не наоборот. Но это ошибка. Если бы я предположил, что между Землёй и Марсом летает фарфоровый чайник и вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, то никто бы не