El efecto Mpemba: por qué el agua caliente se congela antes que la fría y su explicación física

One winter evening you open the freezer, slide in two trays of water side by side, and shut the door with that soft rubbery thud. One tray is hot, steaming slightly as it fogs the cold air, the other perfectly cool from the tap. You come back later, expecting the cool one to be icy first. That’s how the world works, right? Cold things freeze first. Except… sometimes they don’t. Sometimes the tray that went in hot turns to ice more quickly, as if physics decided to play a joke on you. You stare at it, touch the frosty surface, and feel that tiny spark of annoyance: this makes no sense. Or at least, it looks like it doesn’t. And once you’ve seen it, you can’t quite let it go.

El colegial que le dijo a su profesor que el universo estaba equivocado

La historia empieza en 1963, en la cocina de una escuela en Tanzania. Un adolescente llamado Erasto Mpemba estaba haciendo helado en una clase de economía doméstica, de esas en las que estás medio escuchando y medio soñando despierto con cualquier otra cosa. La receta decía que había que esperar a que la mezcla de leche hervida se enfriara antes de meterla en el congelador. Mpemba tenía prisa. Así que metió la mezcla caliente directamente, probablemente esperando que el profesor no se diera cuenta.

Cuando volvió, algo no cuadraba. Su mezcla caliente se había congelado antes que las que se habían dejado enfriar como tocaba. Y no fue una casualidad; vio que ocurría más de una vez. Cuando le dijo a su profesor de física que el agua más caliente podía congelarse más rápido que la más fría, se rieron de él. Sus compañeros se burlaron. La física, pensaban, ya estaba resuelta. El experimento de helado de un colegial no iba a reescribirla.

Años después, conoció a un físico visitante, Denis Osborne, y repitió su afirmación. En lugar de reírse, Osborne lo puso a prueba. Con cuidado, metódicamente, con mediciones adecuadas en vez del caos de una cocina escolar. Descubrió que, bajo ciertas condiciones, Mpemba tenía razón. El efecto recibió un nombre: el efecto Mpemba. Un chico al que le dijeron que estaba equivocado “según el libro” había obligado al libro a admitir una pequeña y extraña excepción.

Hay algo profundamente satisfactorio en eso. La idea de que el universo tiene estas rarezas pequeñas y testarudas que aparecen en lugares corrientes: un congelador, una cocina, una bola de helado medio derretida sobre una bandeja metálica.

Espera, ¿cómo puede el agua caliente congelarse más rápido?

A nivel instintivo, todo esto suena ridículo. El agua fría ya está “más cerca” de congelarse; el agua caliente tiene que enfriarse más. El sentido común dice que la fría debería ganar siempre. Si esto fuera una pregunta de examen, marcarías “el agua fría se congela más rápido” sin dudar y pasarías a la siguiente. Sin drama. Sin dudas.

Pero el mundo rara vez es tan limpio y lineal como los problemas del aula. Cuando el agua real se enfría, no se comporta como un termómetro ordenadito de libro. Se evapora, fluye, interactúa con el recipiente, con el aire y con las peculiaridades exactas de tu congelador. Todos esos pequeños efectos empiezan a importar. No reescriben las leyes de la termodinámica, pero sí retuercen el camino que sigue el agua hasta convertirse en hielo.

La verdad sorprendente es que la física nunca dijo que esto no pudiera pasar. Nuestra idea simplificada de que “lo caliente debe tardar más en volverse frío” se salta un montón de detalles engorrosos. En cuanto te fijas en esos detalles, se abre la puerta a desenlaces extraños. No siempre, no en todas las condiciones, pero lo suficiente como para ser real. Lo suficiente como para desconcertar a gente muy lista durante décadas.

Los trucos invisibles: evaporación, movimiento y memoria

Agua que se esfuma en el aire

La explicación más intuitiva también es la más simple: el agua caliente se evapora más. Piensa en una taza humeante; esa bruma que asciende son moléculas de agua abandonando físicamente el líquido. Cuando el agua caliente se mete en el congelador, parte se pierde como vapor, sobre todo al principio. Así que el recipiente caliente puede acabar con menos agua que congelar que el frío de al lado.

Menos agua significa menos masa que enfriar y congelar. De modo que, aunque el agua caliente tenga más temperatura que perder, puede ganar la carrera simplemente porque queda menos cantidad que solidificar. Es como dos corredores que empiezan en distintos puntos de una pista, pero uno termina esprintando una distancia más corta. El problema es que esa explicación no lo resuelve todo. En muchos experimentos se controlan y ajustan los volúmenes iniciales, y aun así el efecto a veces aparece.

Pequeñas corrientes y caos en remolino

Otra pieza del puzle está dentro del propio agua. El agua caliente se mueve. Al enfriarse, el agua templada asciende y la más fría desciende, creando corrientes de convección. Estos remolinos mezclan el líquido y reparten el calor de forma más uniforme. La superficie pierde calor hacia el aire frío, el agua de debajo la reemplaza, y todo el proceso sigue agitándose.

El agua fría hace esto de manera menos marcada. Puede formar capas a distintas temperaturas que no se mezclan muy bien. Esa estratificación ralentiza la pérdida de calor porque solo la capa superior está en contacto real con el aire más frío. En algunos montajes, esto significa que el agua caliente puede desprenderse del calor más deprisa porque hace un mejor trabajo presentando continuamente “agua cálida nueva” en la superficie para que se enfríe.

Es como remover una sopa para que se enfríe antes, sin llegar a coger la cuchara. El agua se remueve sola, y ese auto-removido puede, bajo ciertas condiciones, permitir que la muestra más caliente adelante a la más fría en el camino hacia la congelación.

El extraño papel de los recipientes y el entorno

Nos gusta pensar que el agua es la protagonista de esta historia, pero el reparto secundario importa igual. El recipiente, la balda del congelador, el flujo de aire, incluso la escarcha de las paredes. Cuando se vierte agua caliente en un recipiente, el recipiente también se calienta. Si lo pones sobre una balda metálica en el congelador, puede derretir momentáneamente una capa finísima de escarcha debajo, creando un mejor contacto con la superficie fría.

Mejor contacto significa una transferencia de calor más eficiente. Una bandeja puede quedar sobre un “cojín” de escarcha que la aísla, mientras que la otra descansa más directamente sobre metal frío. En esas condiciones, el agua caliente ha “hackeado” accidentalmente el sistema del congelador. El entorno se reordena ligeramente a su alrededor. La muestra fría, que nunca perturbó su entorno, acaba enfriándose más despacio.

Seamos sinceros: nadie mide el grosor de la escarcha en las baldas del congelador antes de meter cubiteras. Cerramos la puerta de golpe y esperamos que la física, ordenada y predecible, haga el resto. Sin embargo, estos detalles minúsculos y aburridos -el contacto con la balda, el flujo de aire, incluso abrir la puerta unos segundos- pueden importar lo suficiente como para inclinar la carrera.

Superenfriamiento: cuando el agua finge que aún no es hielo

Una de las partes más silenciosamente fascinantes de esta historia es algo llamado superenfriamiento. A veces el agua no se congela a 0 °C, aunque técnicamente pudiera hacerlo. En su lugar, se enfría por debajo de su punto de congelación, permaneciendo líquida como si ignorara las normas, esperando el “disparador” adecuado -una impureza diminuta, un golpe, una mota de polvo- para pasar de repente a hielo.

El agua fría tiene más probabilidades de caer en este estado superenfriado. El agua caliente, al haber sido hervida o calentada, a menudo ha perdido parte de los gases disueltos y su estructura se ha “sacudido”. Eso puede cambiar cómo empiezan a formarse los cristales de hielo. En algunos experimentos, la muestra que empezó más caliente comienza a congelarse a una temperatura ligeramente más alta, mientras la más fría baja más, quedándose en un limbo superenfriado.

Así puedes obtener este escenario extraño, casi poético: el agua que hizo todo “bien” y se mantuvo tranquila y fría es la que retrasa la congelación. El agua más inquieta, antes caliente, se asienta primero. El universo tiene un cierto gusto por la ironía cuando miras lo bastante de cerca.

¿El agua “recuerda” haber estado caliente?

Llegados a este punto, puede que te tiente imaginar agua con memoria, aferrándose a algún eco de su calor anterior. Algunos científicos han hablado, de hecho, de cambios estructurales en el agua -cómo se forman y se rompen los enlaces de hidrógeno entre moléculas- como parte del cuadro. Al calentar el agua se alteran esas redes; al enfriarse se vuelven a formar, pero quizá no exactamente del mismo modo que si el agua nunca se hubiera calentado.

La idea no es que el agua se vuelva mágica o consciente, sino que su estructura microscópica tras calentarse podría cambiar lo fácil que resulta que empiecen a crecer los cristales de hielo. Diferencias en los gases disueltos, en las impurezas y en diminutos “racimos” de moléculas podrían desplazar las condiciones iniciales para la congelación. Es increíblemente difícil observarlo de forma directa. Estás tratando con destellos fugaces de orden dentro de un vaso de agua aparentemente simple.

Los investigadores han discutido esto durante años. Algunos experimentos muestran efectos Mpemba claros; otros no. Cambian los montajes, cambian las definiciones, varían las condiciones. El efecto es real en el sentido de que se ha observado. Las razones se encuentran en una intersección desordenada entre la termodinámica, la dinámica de fluidos y la extraña vida social de las moléculas de agua.

Por qué tu congelador no siempre coopera

Todos hemos tenido ese momento en el que se te viene a la cabeza un dato científico y te entra el gusanillo de comprobarlo. Puede que ahora te apetezca: coger dos vasos, uno caliente y otro frío, meterlos en el congelador y demostrar esto de una vez por todas. Lo más probable es que tus resultados sean… inconcluyentes. Quizá no pase nada especial. Quizá gane el frío. Quizá todo parezca un sinsentido.

Eso es porque el efecto Mpemba no es un truco garantizado. Aparece solo bajo combinaciones específicas de condiciones: temperaturas concretas, formas de recipientes, tipo de agua y peculiaridades del congelador. Cambia un poco el montaje y puede desaparecer. A los científicos les desagrada esa clase de inconsistencia. Da malas gráficas, artículos desordenados y discusiones en congresos.

La verdad incómoda es que la naturaleza no nos debe claridad bajo demanda. Algunos fenómenos solo se revelan en los bordes, en el terreno incómodo entre la teoría y el mundo real. El efecto Mpemba es una de esas cosas: no es un mito, no es una ley universal; es solo una arruga testaruda en la forma en que se comporta el agua los martes por la tarde bajo circunstancias muy específicas.

En qué están de acuerdo los físicos (y qué sigue escociendo)

La mayoría de los físicos hoy diría que el efecto Mpemba es “plausible pero sensible”. A grandes rasgos, la idea está bastante clara: la evaporación, la convección, las interacciones con el recipiente y el superenfriamiento desempeñan un papel. El reto es tejerlo todo en una teoría limpia y predictiva que puedas aplicar en cualquier lugar. Esa teoría pulcra aún no está del todo cerrada.

Estudios amplios y simulaciones por ordenador sugieren que las diferencias en cómo se mueve el agua y pierde calor pueden permitir, matemáticamente, que una muestra más caliente adelante a una más fría en la ruta hacia la congelación. Los experimentos han captado que eso ocurre. Al mismo tiempo, otras pruebas cuidadosas no han logrado reproducirlo de forma fiable. El efecto parece aparecer y desaparecer como algo pillado por el rabillo del ojo.

Para muchos científicos, eso resulta ligeramente irritante. La física se enorgullece de reglas nítidas y universales. Cuando una sustancia doméstica tan simple como el agua se comporta de manera desordenada y dependiente del contexto, le da un toque a ese orgullo. Quizá nos venga bien. Quizá necesitemos recordatorios de que incluso en 2025 seguimos discutiendo cómo se congela el agua.

Por qué este pequeño misterio toca una fibra

Parte de la razón por la que el efecto Mpemba ha cautivado a la gente es que se siente como una metáfora. Sobre el papel, el mundo es lógico, lineal, predecible. En la práctica, lo que empieza más caliente puede enfriarse antes. Quienes parecen ir por delante se quedan atrás; quienes luchan al principio pueden pegar un salto inesperado. Nuestra intuición, igual que nuestra física escolar, suele ser demasiado pulcra para el desorden real de la realidad.

De pie frente a un congelador zumbante, mirando dos cubiteras, estás viendo más que agua congelada. Estás viendo cómo factores pequeños y ocultos pueden darle la vuelta a un resultado. Un poco de escarcha aquí, un remolino de convección allá, un instante de superenfriamiento en algún punto profundo del centro. Nada de eso parece dramático desde fuera. Y, sin embargo, el resultado es lo bastante sorprendente como para poner el nombre de un adolescente en los libros de física.

Y quizá esa sea la parte humana, silenciosa, de esta historia. Un chico que se negó a soltar algo extraño que vio en una cocina escolar. Un mundo que, al final, tuvo que admitir que no se lo estaba inventando. La próxima vez que llenes una cubitera y oigas el tenue crepitar del agua volviéndose hielo, puede que vuelvas a sentir ese pequeño picor de curiosidad… y te preguntes qué más, en tu vida y en el universo, no se comporta exactamente como te dijeron que debería.