Erasto no olvidó

Cuando supe de esta historia sentí la necesidad de contarla. Cómo un chico de 13 años, llamado Erasto Mpemba, no se doblegó ante la autoridad imperante en su escuela, ni sucumbió a las burlas de sus compañeros. 

          Que tire la primera piedra el que no se haya dejado llevar por la opinión de la mayoría sobre alguna cuestión. Creemos que tanta gente no puede estar equivocada, menos aún si es docta en la materia. Simplemente olvidamos el asunto, sin embargo, Erasto no lo hizo.

           La mayoría de nosotros, de niños o de no tan niños, nos hemos divertido fabricando helados en el congelador de casa con mejunjes de distintos sabores. Posiblemente, algún mayor nos explicó que hay que dejar enfriar la mezcla antes de colocarla en el congelador, ya que hace bajar el rendimiento del aparato. Pues bien, en Tanzania, en 1963, no había neveras en las casas y los chicos usaban la del colegio para hacer helados de leche hervida con azúcar.

           Un día que se estropeó uno de los congeladores de la escuela, los chicos de tercero de secundaria de Magamba, hicieron carreras para conseguir espacio para sus helados en el único refrigerador que funcionaba. Un estudiante vió qué Erasto estaba hirviendo leche y se apresuró a dejar su mezcla en el congelador sin hervir. Por su lado Erasto, colocó la suya casi hirviendo. Cuando Erasto volvió al cabo de hora y media, observó que la suya se había congelado pero la de su compañero seguía en estado líquido. No tenía sentido, ¿cómo puede ser que un líquido caliente se enfríe más rápidamente, que uno a temperatura ambiente? Creyó que tal vez no se habría fijado en el vaso correcto. Volvió a introducir en el congelador dos vasos, uno con agua caliente y el otro con agua a temperatura ambiente con los mismos resultados.

          —¿Por qué la leche caliente se congela antes que la fría?  —le preguntó al profesor una vez entró clase.

           El profesor le contestó que eso era imposible. Algo habría hecho mal. Erasto no insistió, él era el profesor.

           En unas vacaciones, Erasto, mientras disfrutaba de un paseo por uno de los pequeños y coloridos mercados de Tanga, se encontró con un amigo que se ganaba el sustento vendiendo helados que se fabricaba él mismo. Se pusieron al día sobre los chismes de respectivos pueblos y hablaron de lo que hablan los chicos a su edad mientras lamían un helado de mango.

         — ¡Es buenísimo, Malang! — dijo Erasto, relamiéndose el labio superior—, ¿cómo los haces?, ¿cuál es tu secreto.

          — No hay secreto, solo hay que hervir la leche con el azúcar y añadir la fruta que se desee. Luego, colocas la mezcla en el refrigerador mientras está caliente ¡Y ya está!

          —¿Por qué introduces la mezcla en caliente en el refrigerador? —preguntó Erasto muy atento.   

         —Para ir más rápido. Se congela antes.

          Al cabo de un tiempo, Erasto, fue admitido en el Mkwawa High School de Iringa. Un día, en clase de física, el profesor les explicó la ley de enfriamiento de Newton, que establece que la tasa de pérdida de calor de un cuerpo es proporcional a la diferencia de temperatura entre el cuerpo y lo que le rodea. 

          Erasto se levantó como si hubiera estado sentado sobre un gran muelle y levantó la mano mirando ansioso al profesor.

           —Por favor, señor, ¿cómo es que, al introducir leche caliente y leche fría en un refrigerador al mismo tiempo, la leche caliente se congela antes? 

          —Eso no es posible —dijo el maestro.

          —Es cierto, señor, lo he comprobado yo mismo.

           El docente le dijo que estaba confundido, pero Mpemba siguió argumentando. No solo lo había visto con sus propios ojos en secundaria, sino que su amigo, el del mercado, se lo había confirmado.

           —Bueno…— se preparó a contestar el profesor, con una mueca de fastidio ante la insistencia del alumno —, solo puedo decir…, que este fenómeno es exclusivo de la física del señorito Erasto Mpemba, y que eso no ocurre en la física universal —se mofó irritado.

           Toda la clase estalló en carcajadas. Erasto no dijo nada más, pero como a Molière, le enfureció parecer equivocado cuando sabía que tenía razón. 

           A partir de entonces, tanto profesores como alumnos delante cualquier error se excusaban diciendo que había sido la física de Mpemba, a lo que le seguían humillantes risitas.

           Erasto ya no pudo dejarlo, tenía que demostrar que tenía razón. Y quería hacerlo bien, de la manera más científica que conocía. Idearía un experimento que lo demostrara. Un experimentado para que cualquiera pudiera repetirlo y comprobar qué era correcto.

          Esperó un día en que el laboratorio estuviera vacío y se hizo acompañar por dos amigos. Tomó un recipiente y lo llenó de agua caliente de la caldera que marcó en rojo, y otro en azul con agua a temperatura ambiente. Transcurrida una hora, el recipiente del agua caliente estaba casi congelado y el del agua fría ni siquiera presentaba una capa de escarcha.

           —¡Anda, Mpemba, decías la verdad! —dijo uno de los estudiantes sorprendido.

            Erasto les pidió que lo acompañaran al despacho del profesor para explicarle lo que habían visto, y pedirle que buscara una explicación. Sin embargo, ninguno de los dos quiso acompañar a Erasto, ni les interesó esclarecer el fenómeno. 

           Al cabo de unos meses, el doctor Osborne de la facultad de Dar es Salaam, fue invitado a la escuela a dar unas conferencias de física permitiéndoles a los alumnos que hicieran preguntas. Erasto no perdió la oportunidad y preguntó sobre el fenómeno. Osborne sonrió y le pidió que repitiera la pregunta. Erasto así lo hizo. 

          —¿Es cierto lo que dices, lo has comprobado? 

          —Sí, señor.  Puedo volver a hacerlo para que lo vea usted. 

          —Pues no sé por qué ocurre, pero me comprometo a realizar este experimento cuando regrese a Dar es Salaam, y tú vuelve a comprobarlo una vez más.

           El profesor Osborne, realmente, no creyó en lo que Erasto le decía, ya que sus supuestas observaciones contradecían la ley de enfriamiento de Newton aceptada por todos. Pero, afortunadamente recordó la necesidad de animar a los estudiantes a desarrollar un pensamiento crítico y a cuestionarse lo que ven.

           Osborne cumplió su palabra y a su regreso a Dar es Salaam le pidió a un técnico que lo comprobara. El técnico confirmó que efectivamente el agua caliente se congela más rápidamente. El alumno Erasto Mpemba estaba en lo cierto.

          A partir de entonces programaron otra serie de experimentos para averiguar las causas de tan excepcional y contraintuitivo, comportamiento del agua. La denominación de esta singularidad no podía ser otra: Efecto Mpemba.

           El dicho popular que sentencia que la excepción confirma la regla no tiene lugar en ciencia. La excepción nos está diciendo que la regla es errónea o es incompleta, como sucede en este caso. 

           Ya Aristóteles advirtió del fenómeno, y posiblemente otros también lo observaron, pero hasta la llegada de Mpemba y Osborne no se oficializó. Ambos publicaron un artículo conjuntamente en 1969 titulado Un descubrimiento muy cool.

           Hoy Erasto Mpemba está jubilado. No pudo estudiar medicina como era su deseo por falta de recursos. Obtuvo una beca de estudios relacionados con la vida salvaje. Cursó estudios en varios países y se convirtió en el Principal Game Officer del Ministerio de Recursos Naturales y Turismo en la Wildlife Division, trabajando para la conservación de la fauna salvaje. Mpemba y Osborne siguen en contacto.

Mpemba observó un hecho curioso en el proceso de congelación del agua, un proceso que oculta aspectos sorprendentes de una de las sustancias más anómalas de la naturaleza.

           El agua presenta una estructura que el arte y la arquitectura se han encargado de imitar. En la década de 1940, Kenneth Snelson (por entonces estudiante de artes plásticas) desarrolló una escultura que mantenía su equilibrio exclusivamente mediante la tensión de sus componentes.

            La estructura, a la que bautizó como Simplex, presenta una paradójica forma con el concurso de dos tipos de elementos que no se tocan entre sí. Las barras en el interior soportan esfuerzos de compresión, mientras que los hilos de la periferia están sometidos a tensión. Basada en la repetición longitudinal del Simplex, Snelson construyó en 1968 la Needle Tower, de 18 metros de altura y expuesta en el exterior del Museo Hirshhorn y Jardín de Esculturas en Washington. 

           El arquitecto Buckminster Fuller fue sensible a la importancia de este tipo de estructuras, en cuanto a sus cualidades y sencillez. Decía de ellas poéticamente que son “islas de compresión en un mar de tensiones”, y pronto acuñó un nombre para ellas: tensegrity (en castellano, tensegridad), la contracción de tensile integrity (integridad tensional), que refleja la característica fundamental de estas estructuras. El empleo de pura tensión para mantener el equilibrio y la forma. 

            Imaginemos ahora que una de estas estructuras es capaz de cambiar ligeramente de forma variando a voluntad la tensión de sus cables. Esto es lo que le sucede al agua cuando sufre un cambio de estado entre líquido y sólido. Las barras, los elementos rígidos, de esta particular tensegridad serían las moléculas de agua, y los cables responsables de la tensión los constituyen un tipo de enlace químico llamado puente de hidrógeno.

           Las moléculas crean y destruyen continuamente puentes de hidrógeno. Estos enlaces permiten que un compuesto tan simple como el agua pueda ser líquido a temperatura ambiente en lugar de un gas. Cuando la temperatura desciende y el agua se aproxima a su punto de fusión, nuevos “cables” en forma de puentes de hidrógeno entran en juego y nuevas tensiones entre las moléculas provocan que se separen más unas de otras. Este efecto disminuye la densidad del agua y posibilita que el hielo pueda flotar

             Este proceso es el que puede verse facilitado al congelar agua partiendo de agua caliente, tal y como observó Erasto Mpemba. Entre los factores que pueden influir estarían:

·       ·         Convección: En un recipiente caliente, el líquido circula entre zonas más calientes y zonas más frías. Esto facilita la transferencia de calor necesaria para la congelación

·       ·         Evaporación: El agua caliente se evapora más, con lo que al final se congela menor cantidad de agua y, por tanto, lo hace antes.

·       ·         Gases disueltos: Su presencia dificulta la congelación y un líquido caliente tiene menos gases disueltos.

Referencia: Modelos de enlaces intermoleculares en el agua, http://biomodel.uah.es/agua/p1.htm

La explicación científica es de José Antonio Bustelo @DivuLCC

Con este relato participo como #polivulgador para la iniciativa de @hypaticafe para el mes de septiembre. Tema #PVagua.