Bạn thử tưởng tượng: đặt hai chiếc cốc vào ngăn đá, một cốc rót nước vừa sôi, một cốc chứa nước mát ở nhiệt độ phòng. Điều ngạc nhiên là có lúc, cốc nước nóng lại đóng băng trước. Nghe phi lý, nhưng hiện tượng ấy có tên riêng: hiệu ứng Mpemba.
Câu chuyện bắt đầu vào năm 1963, ở Tanzania. Một học sinh trung học tên Erasto Mpemba nhận ra món kem sữa mà cậu bỏ vào tủ lạnh khi còn nóng lại đông nhanh hơn hỗn hợp để nguội trước đó. Khi đem thắc mắc hỏi thầy, Mpemba bị cười chê. Nhưng sau này, khi các nhà khoa học tiến hành thí nghiệm, họ buộc phải thừa nhận cậu không bịa. Từ đó, hiệu ứng mang tên Mpemba trở thành một bí ẩn thật sự.
Trong sáu mươi năm, hàng loạt thí nghiệm được làm lại. Có lúc người ta quan sát thấy đúng như Mpemba kể, có lúc thì hoàn toàn ngược lại. Điều kiện thay đổi chút xíu — loại bình, lượng nước, tốc độ gió trong tủ lạnh, thậm chí cả lớp băng mỏng phủ trên khay đá — cũng đủ khiến kết quả khác biệt. Một nhóm nghiên cứu ở Cambridge từng kết luận: nếu đo thật cẩn thận, nước nóng không hề “vượt mặt” nước lạnh. Nhưng rồi những nhóm khác lại công bố bằng chứng ngược lại.
Vậy rốt cuộc chuyện gì đang diễn ra? Có rất nhiều giả thuyết được đưa ra. Một số nhà khoa học nói đến sự bay hơi: nước nóng mất khối lượng nhanh hơn, nên phần còn lại dễ đóng băng hơn. Có người nhấn mạnh đến dòng đối lưu trong chất lỏng, giúp phân tán nhiệt đều hơn. Lại có ý kiến cho rằng khi nước bị đun, khí hòa tan thoát ra, làm thay đổi cách các phân tử sắp xếp và tạo điều kiện cho quá trình kết tinh băng. Ngay cả hiện tượng “siêu làm lạnh” — nước hạ xuống dưới 0°C mà vẫn chưa thành băng cho tới khi xuất hiện hạt nhân kết tinh — cũng được lôi vào. Nhưng chẳng giả thuyết nào đủ sức giải thích trọn vẹn mọi trường hợp.
Điều thú vị là từ một cốc nước trong tủ lạnh, hiệu ứng Mpemba dần trở thành cửa ngõ để các nhà vật lý chạm vào những câu hỏi lớn hơn: làm thế nào một hệ thống ngoài cân bằng tiến tới trạng thái ổn định? Tại sao đôi khi trạng thái “nóng hơn” lại đến đích “nguội” nhanh hơn trạng thái “lạnh hơn”? Năm 2025, các nhà khoa học ở Kyoto còn phát triển một khung toán mới, gọi là thermomajorization, nhằm đo lường chính xác khi nào hiện tượng kiểu Mpemba có thể xảy ra. Cùng lúc, các thí nghiệm trên mô hình phân tử nước, trên hạt Lennard-Jones hay thậm chí trong hệ lượng tử cũng hé lộ rằng, nghịch lý này không chỉ của riêng nước đá.
Có thể nói, Mpemba là một tấm gương phản chiếu sự lúng túng của khoa học trước những điều tưởng chừng hiển nhiên. Chúng ta hiểu về hố đen ngoài vũ trụ, về vật chất tối, nhưng ngay trong tủ lạnh nhà bếp, một ly nước vẫn đủ khiến giới nghiên cứu tranh cãi hàng thập kỷ.
Và có lẽ, đó mới là phần hấp dẫn nhất: cái bất ngờ ẩn trong điều quen thuộc. Lần tới, khi bạn rót một cốc nước nóng và một cốc nước lạnh vào ngăn đá, hãy nhớ rằng mình đang lặp lại một thí nghiệm khiến cả giới khoa học phải đau đầu. Một thí nghiệm cho thấy, thế giới còn nhiều nghịch lý chưa chịu “đóng băng” trong hiểu biết của chúng ta.