فیزیک امپمبا، نه فیزیک کلی: دلیل یخ زدن سریع‌تر آب داغ نسبت به آب سرد چیست؟
در سال ۲۰۲۰، آویناش کومار و جان بچهوفر از دانشگاه سایمون فریزر در کانادا توانستند در آزمایشگاه نمایشی مشابه با آنچه در طبیعت وجود دارد، ایجاد کنند. آن‌ها یک ذره سیلیکایی به اندازه ۱٫۵ میکرومتر را درون آب قرار دادند و با استفاده از تله نوری لیزری و بازخوردی از رایانه، به این ذره نیروهایی وارد کردند که نمایانگر حرکتی در منظره‌ای با دو چاه انرژی بود؛ یکی کم‌عمق و دیگری عمیق‌تر.
فیزیک‌دانان نظری مسئله را از آب جدا کرده و به مطالعه سرعت تعادل در سیستم‌هایی با دماهای بالاتر پرداختند.
محققان نقطه شروع ذره را در هزار بار آزمون، مطابق با توزیع آماری یک سیستم با دمای مشخص تنظیم کردند و سپس به ارزیابی بازگشت توزیع موقعیت آن به حالت تعادل پرداختند. در برخی تنظیمات خاص، حالت ابتدایی با دما بالاتر سریع‌تر به تعادل رسید و نسخه‌ای از اثر امپمبا با شتاب نمایی نسبت به شرایط معمول مشاهده شد. در این آزمایش، مسائلی مانند تبخیر، برفک و مکان ظرف در فریزر نیز موضوعیت نداشتند.
سپس نوبت به عرصه کوانتوم رسید. در سال ۲۰۲۴، گروهی در اینسبروک با استفاده از یک شبیه‌ساز کوانتومی متشکل از یون‌های به‌دام‌افتاده نشان دادند که سیستمی که از حالت متقارن دورتر است، سریع‌تر توانایی بازگشت به تقارن خود را دارد. پژوهشگران مؤسسه وایزمن نیز نسخه معکوس این رفتار را در یک کیوبیت از جنس یون استرانسیوم مشاهده کردند؛ به گونه‌ای که حالت ابتدایی سردتر سریع‌تر از حالت گرم‌تر به وضعیت نهایی داغ دست یافت.
در ژانویه ۲۰۲۵، یک تیم از چین در نشریه Nature Communications اعلام کرد که با ایجاد حالت ابتدایی بهینه در یک یون کلسیم، توانسته‌اند کندترین مسیر بازگشت سیستم به حالت پایدار را حذف و سرعت رسیدن به تعادل را به طرز نمایی افزایش دهند.
چرا فیزیک‌دان‌ها به این میان‌برها توجه ویژه‌ای دارند؟ پژوهشگران دانشگاه کیوتو که در سال ۲۰۲۵ استانداردی جهانی برای شناخت اثر امپمبا ارائه کردند، پی‌برده‌اند که این یافته‌ها می‌توانند در بهینه‌سازی موتورهای گرمایی، فناوری سرمایش، رایانش کوانتومی و زیست‌فیزیک کاربردهایی داشته باشند. البته دانشگاه تصریح می‌کند که این‌ها تنها امکانات بالقوه‌ای هستند.
برای کامپیوترهای کوانتومی که نیاز دارند کیوبیت‌های خود را پیوسته به حالت پایه بازگردانند، هر میان‌بر در فرآیند سرد شدن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و ممکن است به تسریع روند یا کاهش زمان آماده‌سازی منجر شود. این مفهوم از فیزیک امپمبا اکنون بر میز آزمایشگاه‌هایی که با تعداد کمی از اتم‌ها سر و کار دارند، حاضر است.
پسری که به فیزیک‌دان تبدیل نشد
امپمبا هرگز به فیزیک‌دان تبدیل نشد. او در رشته مدیریت حیات وحش تحصیل کرد و بعد از آن به استرالیا و آمریکا برای ادامه تحصیلات سفر کرد و سال‌های متمادی به‌عنوان مأمور حیات وحش در وزارت منابع طبیعی و گردشگری تانزانیا مشغول به کار بود.
دن کی آزبورن در سال ۲۰۱۴ درگذشت، با این حال گزارش‌ها درباره تاریخ وفات امپمبا یکسان نیستند؛ برخی منابع به نقل از همسر آزبورن اشاره می‌کنند که او حدود سال ۲۰۲۰ درگذشت. مرگی بی‌خبر و بدون سروصدا برای مردی که نامش در تحقیقات علمی فیزیک هنوز باقی مانده است.
شاید هنوز نتوانیم به‌طور دقیق درک کنیم که درون یک لیوان آب چه می‌گذرد. ممکن است نظر بریج و لیندن صحیح باشد و مشاهده اثر امپمبا در آشپزخانه‌ها و بسیاری از آزمایشات بیشتر ناشی از شانس، شرایط و حوادث غیرقابل پیش‌بینی باشد تا اینکه پیرو یک قانون همیشگی باشد.
اما سؤالی که آن نوجوان در کلاس درس مطرح کرد، نهایتاً پژوهشگران را به دنیایی برد که هیچ‌کس در کلاس درس ماگامبا به آن فکر نمی‌کرد؛ به ذرات شیشه‌ای در تله‌های لیزری و اتم‌هایی که در فضای خالی معلق مانده‌اند.
معلم امپمبا بیان کرده بود: «فیزیک امپمبا، نه فیزیک جهانی» اما تاریخ این گفته را دگرگون کرده است. اکنون اثر امپمبا به عنوان یک مفهوم جهانی در فیزیک به رسمیت شناخته شده و نام آن دانش‌آموز تانزانیایی را به خود اختصاص داده است. دفعه آینده که خواستید یخ درست کنید، دو لیوان را پر کنید؛ یکی را با آب داغ و دیگری را با آب ولرم. شاید آب داغ پیروز میدان شود و شاید نشود، اما به‌جای پذیرش نتیجه، خودتان آن را آزمایش خواهید کرد؛ اراستو امپمبا دقیقاً همین کار را کرد.
