Năm 1963, sữa nóng của Erasto Mpemba đông trước. Nước nóng có đông trước không, giới khoa học vẫn tranh cãi.

17/10/2026 · VietTechies · Biên tập

Năm 1963, Erasto Mpemba, học sinh Trường Trung học Magamba ở vùng đất nay là Tanzania, cho hỗn hợp làm kem còn nóng vào tủ lạnh, và mẻ kem ấy đông trước mẻ kem nguội hơn của một cậu bạn — câu đố mà nay được gọi là hiệu ứng Mpemba. Cậu không định làm thí nghiệm. Thứ cậu muốn là khay đá cuối cùng.

Nam sinh ở trường cậu thường làm kem bằng cách đun sôi sữa, cho thêm đường rồi để nguội đến gần nhiệt độ phòng, sau đó mới cho vào ngăn đá. Chỗ trong ngăn đá thì có hạn. Thấy Mpemba đang đun sữa, một cậu bạn vội cho hỗn hợp chưa đun sôi của mình vào một khay đá. Không muốn mất khay đá cuối cùng, Mpemba quyết định, như cậu kể lại, “chấp nhận rủi ro làm hỏng tủ lạnh” và cho sữa vào khi còn nóng.

Một tiếng rưỡi sau, khay của Mpemba đã đông thành kem. Khay của cậu bạn kia thì “vẫn chỉ là một thứ chất lỏng sánh đặc, chưa đông”. Mpemba hỏi thầy dạy vật lý vì sao lại thế. Thầy đáp: “Em nhầm rồi, chuyện đó không thể xảy ra.” Sau này Mpemba viết: “Hồi ấy tôi đã tin câu trả lời của thầy.”

“Vật lý của Mpemba” thành câu đùa trong lớp như thế nào

Về sau, những người bán kem ở thị trấn Tanga kể với Mpemba rằng họ cho hỗn hợp vào khi còn nóng vì như thế kem đông nhanh hơn. Lên Trường Trung học Mkwawa ở Iringa, Mpemba lại nêu câu hỏi này khi cả lớp đang học định luật làm lạnh của Newton. “Thầy không nghĩ vậy đâu, Mpemba,” thầy giáo đáp. Mpemba nói cậu đã tự tay làm thử. Câu trả lời sau cùng của thầy là: “Thôi thì thầy chỉ có thể nói rằng đó là vật lý của Mpemba, chứ không phải vật lý phổ quát.” Cả lớp lấy luôn câu ấy làm câu cửa miệng. Hễ Mpemba làm sai điều gì, các bạn cùng lớp lại bảo “Đó là … của Mpemba”, sai chuyện gì thì điền chuyện ấy vào.

Mpemba thử lại một mình, lần này với hai cốc thủy tinh đựng nước, một cốc nóng và một cốc lạnh, đặt trong tủ lạnh của phòng thí nghiệm. Một giờ sau, cốc lúc đầu đựng nước nóng có nhiều đá hơn — kết quả mà cậu gọi là “chưa thật sự đủ để kết luận”.

Điều gì xảy ra khi Mpemba hỏi một nhà vật lý đến thăm trường

Rồi Denis Osborne, nhà vật lý thuộc trường University College ở Dar es Salaam, đến trường Mkwawa nói chuyện. Trong phần hỏi đáp, Mpemba hỏi: “Nếu lấy hai bình giống nhau đựng cùng một thể tích nước, một bình ở 35 °C và bình kia ở 100 °C, rồi cho cả hai vào tủ lạnh, thì bình lúc đầu ở 100 °C sẽ đông trước. Tại sao vậy?”

Osborne mỉm cười, bảo cậu nhắc lại câu hỏi, rồi hỏi xem cậu đã tự làm thử chưa. Khi Mpemba đáp là có, Osborne trả lời: “Tôi không biết, nhưng tôi hứa sẽ làm thử thí nghiệm này khi về lại Dar es Salaam.” Hôm sau, các bạn cùng lớp bảo Mpemba rằng câu hỏi của cậu đã làm họ mất mặt.

Osborne thẳng thắn kể lại: “Tôi thú thật là tôi đã nghĩ cậu ấy nhầm, nhưng may là tôi nhớ ra rằng cần khuyến khích học sinh hình thành thái độ biết đặt câu hỏi và biết phản biện.” Ông còn nêu một nguyên tắc của riêng mình: “Không nên chế giễu bất kỳ câu hỏi nào.”

Mượn được một chiếc tủ lạnh của người phụ trách nhà bếp trong trường, Mpemba kiểm chứng lại điều mình đã khẳng định: lúc đầu một mình, sau đó cùng ba nam sinh từng coi thường câu hỏi của cậu. “Chúng tôi thấy đá bắt đầu hình thành trước ở phần sữa nóng,” Mpemba viết. Khi Mpemba báo với trưởng bộ môn vật lý rằng thí nghiệm đã thành công, vị trưởng bộ môn đáp: “Lẽ ra không phải như thế, chiều nay thầy sẽ thử xem” — và về sau cũng thu được đúng kết quả ấy. Ở Dar es Salaam, một kỹ thuật viên trẻ làm thí nghiệm giúp Osborne cũng thấy mẫu nước lúc đầu nóng đã đông trước. Rồi, trong lúc mà Osborne gọi là “một phút hăng hái phi khoa học”, người kỹ thuật viên ấy nói thêm: “Nhưng chúng tôi sẽ cứ lặp lại thí nghiệm cho tới khi ra kết quả đúng.”

Bài báo năm 1969 khẳng định gì, và không khẳng định gì

Năm 1969, Mpemba và Osborne công bố câu chuyện này với nhan đề “Cool?” trên tạp chí Physics Education. Mpemba, khi đó đang ở Trường Cao đẳng Quản lý Động vật hoang dã châu Phi tại Moshi, tự kể phần chuyện của mình. Các sinh viên năm hai của Osborne đã làm đông 70 centimet khối nước trong những cốc thủy tinh, đặt trong một chiếc tủ lạnh gia dụng. Phát hiện này được phát biểu thận trọng: nước ban đầu nóng hơn “có thể đông trước”.

Bài báo nói rõ vì sao một nhà vật lý được đào tạo bài bản có thể thấy bất ngờ: chất lỏng nóng hơn “phải đi qua các nhiệt độ trung gian rồi mới đông”. Lời giải thích mà bài báo tạm đưa ra xoay quanh chuyện nhiệt nằm ở đâu, chứ không chỉ là có bao nhiêu nhiệt. Nước trong cốc mất nhiệt chủ yếu qua mặt nước phía trên. Ở mẫu nước lúc đầu nóng, dòng đối lưu giữ cho mặt nước ấy ấm, nên mẫu này có thể tiếp tục mất nhiệt nhanh hơn mẫu lúc đầu nguội hơn, ngay cả khi hai mẫu đã có cùng nhiệt độ trung bình. Theo bài báo, những mẫu như vậy “không được mô tả thỏa đáng bằng một nhiệt độ duy nhất”. Các phép thử cũng cho thấy sự bay hơi chỉ có thể chiếm tối đa 30% mức hạ nhiệt, còn việc lần thử nào cũng dùng nước vừa đun sôi đã loại bỏ yếu tố không khí hòa tan.

Bài báo gọi cách giải thích trên là “một lời giải thích tạm thời”, còn các thí nghiệm là “tương đối thô sơ”. Phần kết luận viết: “Cần có những thí nghiệm tinh vi hơn để đưa ra câu trả lời chắc chắn hơn cho câu hỏi này.”

Vì sao giới khoa học vẫn bất đồng về nước nóng

Nhận định rằng nước nóng có thể đông trước vốn đã có từ lâu: Aristotle từng viết rằng “việc nước đã được làm ấm từ trước góp phần khiến nước mau đông”, còn Francis Bacon và René Descartes cũng đưa ra những nhận định tương tự. Giới vật lý ngày nay gọi đó là hiệu ứng Mpemba, và hiệu ứng này đôi khi được nêu như một sự thật đã ngã ngũ. Một bản tin năm 2013 trên tạp chí Physics Today mang tiêu đề “Vì sao nước nóng đông nhanh hơn nước lạnh”.

Các công trình làm cẩn thận thì cho thấy một bức tranh không gọn gàng như thế. Các nghiên cứu không bấm giờ theo cùng một mốc — có khi là lúc đá bắt đầu xuất hiện, có khi là lúc mẫu đông cứng hoàn toàn, có khi là lúc nước xuống tới 0 °C — và nước có thể rơi vào trạng thái quá lạnh, tức là vẫn lỏng khi đã xuống dưới 0 °C, rồi mới đông lại ở một nhiệt độ thay đổi theo từng lần thử. Với bình hở miệng, sự bay hơi có thể góp phần; còn vai trò của khí hòa tan, đối lưu và lớp tuyết bám thì vẫn còn gây tranh cãi.

Năm 2016, Henry Burridge và Paul Linden công bố trên tạp chí Scientific Reports rằng số đo của họ phụ thuộc vào vị trí đặt nhiệt kế; dịch nhiệt kế đi khoảng một centimet có thể tạo ra bằng chứng giả về hiệu ứng này. Họ viết: “Chúng tôi có phần tiếc nuối khi kết luận rằng không có bằng chứng nào ủng hộ những quan sát có ý nghĩa về hiệu ứng Mpemba.”

Ở những hệ khác, cái tên này có chỗ đứng vững chắc hơn. Năm 2020, Avinash Kumar và John Bechhoefer công bố trên tạp chí Nature một thí nghiệm có kiểm soát cho thấy hiệu ứng Mpemba trong một hệ keo — một hạt thủy tinh cực nhỏ trong nước. Với các thông số được chọn cẩn thận, hệ này nguội đi nhanh hơn theo hàm mũ khi xuất phát từ trạng thái nóng so với khi xuất phát từ trạng thái ấm. Riêng với nước, năm 2022 Quanta Magazine tóm tắt tình hình như sau: “Nước nóng hay nước lạnh đông nhanh hơn vẫn còn là ẩn số.”

Osborne đã làm gì khi người khác gạt câu hỏi ấy đi

Thầy giáo của Mpemba ở Iringa, và cùng với thầy là các bạn cùng lớp, đã đánh giá quan sát của cậu dựa trên định luật làm lạnh của Newton, định luật mô tả một vật đang nguội đi bằng một nhiệt độ duy nhất. Osborne nói với các học sinh rằng các dữ kiện khiến ông bất ngờ, nhưng tốc độ nguội đi “có thể chịu ảnh hưởng của một yếu tố nào đó mà tôi chưa tính đến”. Sau đó, các sinh viên đại học của Osborne đã tìm ra một yếu tố khả dĩ: những chênh lệch nhiệt độ bên trong cốc mà một con số duy nhất che khuất.

Khi một kết quả “không thể xảy ra”, mô hình cũng thuộc diện tình nghi, chứ không chỉ người nêu ra kết quả ấy. Chính lời hứa kiểm chứng của Osborne đã biến một câu đùa trong lớp học thành một bài báo khoa học được công bố.

Với các bạn cùng lớp của Mpemba, “vật lý của Mpemba” là một câu chê bai. Trên các tạp chí vật lý, cụm từ ấy vẫn sống tiếp dưới một cái tên lịch sự hơn: hiệu ứng Mpemba — đặt theo tên một cậu học trò đã cho sữa nóng vào ngăn đá để giữ khay đá cuối cùng.

Bài liên quan

Đọc bằng ngôn ngữ khác: English