Maan, ei, Mpemba

De voortgang van deze rubriek wordt enigszins gehinderd door onvoorziene spin-off van eerdere afleveringen. Van de reacties op de twee stukjes over de 'maanmiswijzing' (de waarneming dat het verlichte deel van de maan niet precies naar de zon wijst) is zo langzamerhand een bescheiden essaybundel in te richten. We spreken af op 21 maart terug te komen op het fenomeen. Zes dagen daarna staat de maan in haar eerste kwartier en wordt een bijzonderheid zichtbaar die een rol kan spelen in de analyse. Wie niet bang is het verstand te verliezen zou ondertussen eens kunnen letten op de weerkaatsing van de zon in sloten die min of meer scheef tussen zon en waarnemer naar de horizon lopen.

De eierkwestie die de wetenschapsquiz aanroerde (eieren zouden eerder gaar zijn als ze in zeewater werden gekookt) heeft de AW-redactie nog lang bezig gehouden. De stelling dat veel oudere eieren een lager soortelijk gewicht hebben dan de waarde 1,08 (gram per ml) die onderzoekers voor verse eieren opgeven is inmiddels bevestigd. De vier eieren die in een hoek van de labo-ijskast werden aangetroffen en die daar volgens een notitie op de verpakking al sinds begin oktober op verorbering wachtten, bleken alle vier te drijven in water met een dichtheid van 1,025, ruwweg die van zeewater, en twee dreven zelfs overtuigend in leidingwater. De dichtheid was dus al beneden de waarde 1,0 gedaald. En zonder dat de smaak daarvan te lijden had gehad.

Vast staat dus wel dat veel eieren in zeewater drijven. Omdat de kookpuntsverhoging van zeewater ten opzichte van leidingwater weinig meer dan een halve graad Celsius zal zijn, valt niet uit te sluiten dat het drijven, en de daarmee samengaande verminderde warmteoverdracht, dit gunstige effect volledig teniet doet. Daar moet eerlijkheidshalve aan worden toegevoegd dat de onderzochte oudere eieren stuk voor stuk met hun luchtkamer boven water dreven. Via die luchtkamer was de warmteoverdracht naar het ei-innerlijk natuurlijk toch al niet geweldig.

Maar en passant werd een nieuwe waarneming gedaan: zes kersverse scharreleieren die voor de securiteit ook op drijfvermogen werden onderzocht (en inderdaad een dichtheid tussen 1,05 en 1,10 bezaten) bleken in water van 1,20 (een geheel verzadigde zoutoplossing) horizontaal te drijven terwijl ze dat in water van 1,10 vertikaal deden. Luchtkamer in top. Zo rijst het vermoeden dat sommige oudere eieren ook in zeewater wel eens horizontaal kunnen komen te liggen - met de luchtkamer ondergedompeld. Voorlopig is de quizcommissie nog niet uit de problemen.

Overigens had het geheugen wel degelijk bedrogen: het onderzoek naar het nut van zout in kookwater van spaghetti en dergelijke was niet verricht door Harold McGee maar door Jearl Walker, hier al heel veel geciteerd. Hij bracht het zeer kort ter sprake in Scientific American van december 1982 en verwachtte niet veel van de kookpuntsverhoging.

Harold McGee, auteur van 'On food and cooking' en 'The curious cook', kan niettemin als bron dienen in weer een andere kwestie: die van het Mpemba-effect. Een klein raadsel dat de mensheid al eeuwen achter zich aan sleept en dat in de jaren 1969 - 1971 een hausse in belangstelling beleefde dankzij het optreden van Erasto Mpemba. Mpemba was een Tanzaniaanse schooljongen die voor de taak stond ijs te bereiden uit gekookte melk en suiker en door omstandigheden gedwongen werd het verse mengsel nog kokend heet in het vriesvakje te plaatsen. Zijn klasgenoten hadden hun aspirant ijs eerst laten afkoelen zoals het hoort, maar na een uur-of-wat moesten ze vaststellen dat Mpemba's melk niettemin het eerst bevroor. McGee beschrijft het 'The curious cook' (1990), het tijdschift 'Physics Education' heeft er tussen 1969 en 1971 kolommen mee gevuld en ook New Scientist besteedde er in die tijd regelmatig aandacht aan. Briefschrijvers meldden dat het hier een heel oude waarneming betrof en dat iedereen in arctische streken weet dat een emmer heet water in nachtelijk vrieslucht eerder bevriest dan een emmer koud water.

Van belang is dat de waarneming verschillend wordt gedefinieerd: sommigen zeggen dat heet water eerder begint te bevriezen dan koud. Anderen denken dat het verschil ook zichtbaar wordt tussen water dat heet is geweest maar inmiddels weer afgekoeld en water dat nooit heet was. Er zou een soort herinnering in het water bestaan aan de eerdere opwarming. Jean Benveniste revisited.

De waarneming van Mpemba is veel afgedaan als een artefact: zijn hete beker melk zou door de ijskorst van het vriesvak zijn gezakt en zo beter contact hebben gekregen met het koelelement. Of: de hitte had veel vocht doen verdampen zodat er au fond minder te bevriezen overbleef.

En nu is er het werk van David Auerbach van het Max Planck-instituut voor stromingsonderzoek, gepubliceerd in het American Journal of Physics (oktober 1995, geciteerd in New Scientist, 9 december). Auerbach liet ruim honderd bekerglaasjes heet en koud dubbel-gedestilleerd water bevriezen in een bad ijskoude alkohol dat hij in temperatuur varieerde tussen nul en min dertig graden Celsius en registreerde de afkoeling van het water met een kleine thermistor (temperatuurgevoelige weerstand) die tegen de binnenwand van de glaasjes was gelijmd. Langs die wand wist hij in alle gevallen onderkoeling te registeren, dus een temperatuurdaling tot beneden het vriespunt zonder dat ijs gevormd werd. Het bleek dat het koude water meestal verder onderkoeld moest worden om te bevriezen dan het (aanvankelijk) warme water en dat het Mpemba-effect statistisch dus zeker bestaat.

Sinds die tijd werkt ook het AW-team aan onderkoeling. De koelvloeistof is de verzadigde zoutoplossing van het ei-onderzoek die in een plastic fles in het vriesvak makkelijk tot min twintig graden is te brengen. Het bad van Auerbach is een Duralexglas, de bekerglaasjes zijn aluminium reageerbuizen uit Havanna en de wat grof en traag uitgevallen thermistors zitten aan het eind van een snoer van een Hema-buitenthermometer. Maar een ding staat vast: er is onderkoeling gemeten. Eenmaal. Nader bericht volgt.