The Mpemba Effect Solution

Why hot water can sometimes freeze more quickly than cold ?

Erasto Mpemba asked the question "If you take two similar containers with equal volumes of water, one at 35 °C (95 °F) and the other at 100 °C (212 °F), and put them into a freezer, the one that started at 100 °C (212 °F) freezes first. Why?" (1963)

The answer is very simple and basic.

Hot water molecules are moving faster than cold water. Because their gained energy for move and vibration are higher. Entrophy is high.

As a second, all water molecules are moving to strike each other according to their contained energy.

In cold water, all molecules have got nearly same level energy, so by cooling they will act nearly same. When striking molecules to each other there is less consumption in energy level. Because all the water molecules are nearly homogeneous and in balance. Entrophy is low.

On the contrary, medium (celcius) degree of hot water molecules even decrease to the same  level degree of cold water, hot water molecules are acting different. Because their entrophies are still very different.

In the cup of hot water, there are some different regions where contain some more hot and some more cold molecules. Also there is no balance in hot water regions because of convective flows.

Like billiard balls in pool, hot water molecules are hitting to each other. And sometimes the hit the molecules of colder zones molecules. By hitting they lost their energy. Of course  by cooling, cold water molecules are loosing energy in the same way. But they can maintain balance between them.

However hot water molecules are faster and causing more collision. Also energy absorption level is higher (than cold water) because of hitting from different directions. Sometimes directly toward each other, sometimes with angles. So there is no balance between some core cold zones and some hot zones. There is no harmony in cooling hot water. Even molecules behave differently. High entrophy in cooling hot water causes loosing energy while entrophy is going to low.

In cold water harmony, loosing energy level is slowly. Because when a molecule lost  its energy, the other molecule(s) is/are gained energy which some of it used for movement and for transferring to a new molecule with vibration.

Same reason is also causing boiling water after heating by micro vave. When you heat by microwave, there is no boiling until you blend with a spoon or pouring into a cup, altough the temperature is higher than 100  Celcius . With blending or pouring, molecules are starting to hit each other. So every molecules gives back the stored energy by hitting to each other, because of the fact that balance was broken.

What is Time? What happens if light stops?

I could not answer these questions of my 12-years-old son properly.

I began to examine documents related to the subject. When I look at the existing theories on this subject, I saw a different result.

In fact, almost all the answers are ahead of us but we are failing to gather them.

While I was searching how to combine them, I made a simple change of perspective.

I thought "the time" must be a participant of matter creation.

At that time, nearly all the parts fit.

I benefited from available results of the calculations and scientific researches to supplement my lack of knowledge. It is not possible to count all resources which are beneficial for me. I used nearly all the resources which I was able to reach like books, documentaries and some other web sites. So I am thanking all of them who might think that I benefited from their works.

(But I think, my assumption is unique because, I have not read or hear it before.

So I put this on web to mark the time and for share.

Let me first answer the question, it is not possible a journey to the past. If I am right, a proper technology can not be developed in the future. So it is not possible to return from the future. However, we may travel to future. The only possible thing might be to travel to the past of alternative parallel universes and return form here to future of another the alternative parallel universe. But it will not be possible to return to the past in the same space-time universes. (We might be even wandering among these alternative universes with every decision. (?)

What happens if light stops?

If light stops, time also stops. Also stops the expansion of space. All materials will be broken down to until the singularity. All substances will be transformed into energy states. This energy intensive fields are distributed equally everywhere in space, due to entropy law. It lasts, until all the frequencies will be at the equal level radiation. It is the return to previous period of big bang.

Time flows. We understood it from the events around us. We have noticed that time is a dimension thanks to Einstein. We learned from him that space and time are intertwined. We learned that mass is affecting and bending space and time. And we learned that time and mass are changing by velocity.

Then we noticed that the rules of the sub-atomic particles might be different from applied physics laws of substance. We saw the substance formed by some unified different particles and in the field of quantum that the possibilities and the uncertainty are valid.

After that we meet the idea of vibrating strings which are the substances of all particles of the universe.

We saw that our universe may have 11 dimensions (M-theory) instead of 4 dimensions according to mathematical calculations.

Perhaps now, thanks to CERN, we may be in the era of the proof of the existence of gravitons which may be the main carrier particles of gravity force

Finally, we discovered all of known matter and energy is only around 4-5% of the universe. The rest is dark matter (20-21%) and dark energy (75%).

We learn that small particles of dark matter which are undetectable constitute galaxies by their mass. At the same time, dark energy is pushing to expand the universe, the details still remain as a mystery.

Time is a derivative expansion of the universe.

In the universe, we know that all galaxies are moving away from each other. Far distant galaxies are faster than the ones that are close. With the expansion of the universe while galaxies move away from each other, due to the gravitational forces galaxies do not disintegrated. Like constant particles, on a balloon which is getting inflated.

Now we choose two particles on the surface of the balloon. Let's call (a) for the distance between two points on (1,2) surface and (a') (wormhole) for inner virtual distance of these two points.

(Figure 1)

With swelling of the balloon these two points will move away.
Let's call these distances b= (a+c) and  b’=(a’+c’).

(Figure 2)

(b-a=c) This difference is the amount of these two positions in a determined amount of time interval while moving away from each other.

I have no explanation for the difference of  wormholes (b'-a’=c’). But it may be related to time. (To measure them, we have to know the distance from center of universe and fixed angle of these points. )

 Let’s change perspective a little bit.

Imagine an observer fixed in space at the point of “2”. At the same time the observer is traveling to a different point (1') by time during the expansion of the universe although he is not moving in space.

Figure 3

This movement (2-1) gives us the current time for observer. Of course, time is not just a line as shown here.

(Imagine this point as any point in the universe. Then imagine an expansion takes place in all directions where the first point moves to a different point. )

The first three coordinates of the observer will be same in space when traveling from point of "2" to point of (1).
[(x, y, z)=(x', y', z')]

Only coordinate of (2) changed to (1). Therefore, time is irreversible.

After all this summary, I can brief my assumption.Time is not a scalar but a vectorial quantity.

Einstein makes a law for all the movements with special relativity:

The resultant velocity of all objects in space and time is always equal to the speed of light.

Compound movements of the object always complement each other in space and time.

A portion of the movement in time of the object at the speed of light is transferred to move in space, so that the resultant movement remains constant. This is slowing down of the movement of the object in time.

Now we consider an object fixed in space. This object coordinates (x,y,z) are still constant, although it is in the expanding space.

However, there is a difference between the first the second places.(2-1).

And it has a constant speed to travel this difference.

If the mass is low, it moves easily in the elastic tissue. Its speed is high. If mass is zero then it moves completely with the texture of space-time at the speed of light.

If it has mass, space-time texture will resist while it is moving in. (Higgs field)

If we succeed to rise its velocity, its speed will be closer to the speed of time wave. But it will never be faster than time wave.

Like a surfer on waves. The maximum velocity of surfer can only be the speed of wave. Otherwise, surfer can not be faster, unless s/he leaves the wave.

If space-time was not expanding at the speed of light like a wave, the photons could neither act like a particle nor like a wave. Photons look like the particles moving with the wave.

The time is the force which pressures the space for expanding. “Time” might be the dark energy.

Imagine a liquid balloon which is expanding with its full texture.

Its density is homogeneous and containing particles with constant rate. The particles will be away from each other while expanding.

Let’s try to imagine the movements of these particles.

While the ballon is expanding, the particles will be away from each other at lower speed than expanding speed of outside, the periphery of the balloon.

The particles moves in vectorial direction. However their three coordinates (x,y,z) are still same according to balloon. They have an unnoticeable speeds which enable these movements. The particles gain a steady momentum. This gives them mass. Masses of particles do not increase anymore. But they maintain constant mass while they are surfing with the expanding balloon.

So unless there is “the time”, there will be no mass of substances. The energy which occurs while the atoms are splitted or joined or changed to another form, is the energy, absorbed from “Time”

Zaman Nedir? Işık dursa ne olur?

12 yaşındaki oğlumun bu sorularına düzgün bir cevap veremeyeceğimi anladım. Konu ile ilgili dokümanları incelemeye başladım.
Mevcut teorileri ve bu konudaki teorilere baktığım zaman ise, farklı bir sonuç gördüm. Aslında neredeyse tüm cevaplar önümüzde ama bunları birleştiremiyoruz.
Bunları nasıl birleştirebileceğimi ararken, basit bir bakış açısı değişikliği yaptım.

Zamanı sadece maddenin bir boyutu değil, ayrıca maddenin yaratılışının bir parçası olduğunu düşündüm. Maddenin oluşabilmesi için, zamanın gerektiğini düşündüm.

O zaman tüm parçalar neredeyse oturuyor. Bilimsel bilgi eksiklerim için mevcut olan araştırma ve hesaplama sonuçlarından faydalandım.
Faydalandığım tüm kaynakları ve kişileri burada tek tek anmam mümkün değil. Bulabildiğim mümkün her kaynağı kullandığım için, fizik çalışmalarına dahil olan herkesten alıntı yaptığımı kabul edebiliriz.
(Sadece varsayımımın, daha önce hiç denk gelmediğim için tek olduğunu düşünüyorum. Bunu paylaşmak ve tarihini belirlemek içinde web'e koyuyorum.)

İlk önce şu soruya cevap vereyim, zamanda geçmişe yönelik bir yolculuk mümkün değil. Eğer doğruluk payım var ise, gelecekte de uygun bir teknoloji geliştirilemeyecek. Dönüşü mümkün bir geleceğe yolculukta söz konusu değil. Mümkün olabilecek tek şey, alternatif paralel evrenlerden birine, onun geçmişine gitmek ve dönüşte yapılan değişikliğin gerçekleşmiş olduğu alternatif başka bir evrene dönmek mümkün olabilir.
Ama aynı uzay-evren içinde geçmişe dönmek mümkün değildir. (Aslında verilen her karar ile bu alternatif evrenler arasında geziniyor bile olabiliriz.(?)

Işık dursa ne olur? Işık dursa, zaman da durur. Uzayın genleşmesi de durur. Tüm maddeler ise tekilliğe kadar parçalanır. Enerji hallerine dönüşürler.

Bu enerji yoğun alanlardan, “entropi yasası” gereği uzaya her yerde eşit olacak şekilde dağılır.

Her yer aynı düzeyde ışıma yapana ve tüm frekanslar eşitlenene kadar sürer.
Evren büyük patlama öncesi dönemine döner.

Zaman akar. Çevremizdeki olaylardan bunu kavrayabiliyoruz. Einstein ile Zamanın bir boyut olarak var olduğunu fark ettik. Uzay ve zamanın iç içe olduğunu öğrendik. Kütlenin uzay ve zamanı büktüğünü öğrendik. Hızın, zamanı ve kütleyi değiştirdiğini anladık.

Sonra atom altı parçacıkların kurallarının, madde için  geçerli fizik yasalarından farklı olabileceğini fark ettik. Maddenin bir çok parçacıktan oluştuğunu gördük.
Kuantum alanında net verilerin değil, olasılıkların ve belirsizliğin geçerli olduğunu gördük.

Daha sonra evrendeki tüm maddelerin titreşen sicimlerden oluştuğu fikri ile karşılaştık.

Matematik hesaplarında evrenimizin sanıldığı gibi 3 hatta 4 değil, 11 boyutlu (M-kuramı)olabileceğini gördük.

Belkide şimdi Kütle çekimini taşıyan parçacık olan gravitonların varlığının ispatlanabileceği döneme girdik.

Bütün bunlar yetmez gibi, evrenimizdeki bilinen tüm madde ve enerjinin sadece %4-5 civarında olduğunu, kalanın ise karanlık madde (%20-21) ve karanlık enerji (%75) olduğunu fark ettik.

Saptanamayacak kadar küçük karanlık maddenin parçacıkların kütleleriyle  galaksileri oluşturduğunu öğrendik. Aynı zamanda, karanlık enerji evreni genişlemeye zorlarken,  gizemini hala korumaktadır.

Zaman, evrenin genişlemesinin bir türevidir.Şimdi bu balonun yüzeyinde iki parçacık (1, 2) seçelim. İki nokta arasındaki mesafeye (a), bu iki noktanın balonun içinden geçen sanal mesafeye (solucan deliğine) de (a’) diyelim.

Şekil 1


Şimdi balonun şişmesi ile bu iki nokta (1, 2)  birbirinden uzaklaşacaktır. Bu mesafelere de  (a+c)=(b) ve  (a’+c’)= (b’) diyelim.

 

Şekil 2


( b-a) farkı (c), bu iki noktanın saptanmış bir zaman aralığındaki birbirinden uzaklaşma miktarıdır.
(c’) için bir açıklamam yok.  İki noktanın zamanla ilişkisiyle bağlantılı olabilir. (Bu kirişleri ölçebilmek için bu iki noktanın evrenin merkezinden olan uzaklığını ve aralarındaki sabit açıyı ya da en azından yay parçasının eğimini bilmemiz gerekir.)
 

 

 Bakışı açımızı değiştiriyoruz.

Uzayda (2)  noktasında bulunan sabit bir gözlemci düşünelim. Aynı anda, uzayda hiç hareket etmediği halde, evren genişlerken farklı bir noktaya (1) seyahat etmektedir.

Şekil 3

İşte bu (2-1) bize bu gözlemci için geçerli zamanı verir. Tabii zaman buradaki gibi sadece salt bir çizgi değildir.
(Bu noktayı evren içinde herhangi bir nokta olarak hayal edin. Sonra bu noktanın, her yöne doğru gerçekleşen bir genleşme ile ilk bulunduğu noktadan farklı bir noktaya hareket ettiğini düşünün.)

”2” noktasında gözlemcinin (x,y,z) koordinatları ne ise, “1” noktasında da (x’,y’,z’) koordinatları aynıdır. Sadece zaman koordinatı değişmiştir. Bu değişim işte zamandır.

Bu nedenle de zaman tek yönlüdür.

Bu kadar özetledikten sonra, kendi varsayımıma geçebilirim.

Zaman skaler değil, vektörel bir büyüklüktür.

Einstein, özel görelilik ile tüm hareketler için bir yasa getirir:  Bütün cisimlerin uzaydaki ve zamandaki bileşke hızı, her zaman tam olarak ışık hızına eşittir.
Cismin uzay ve zamandaki bileşik hareketi her zaman birbirini tamamlar. Cismin zamanda yaptığı ışık hızındaki hareketin, bir bölümü uzayda harekete aktarılır, böylece bileşke hareket sabit kalır. Bu cismin zamandaki hareketinin yavaşlamasıdır.

 

Şimdi uzayda sabit bir cisim ele alalım. Bu cisim genleşen uzaydadır. Genleşmeye göre koordinatları sabittir. Ama ilk yeri ile ikincisi arasında fark vardır (2-1). Bu farkı yol almasını sağlayan sabit bir hızı vardır.

Eğer kütle düşük ise bu elastik doku içinde rahat hareket eder. Hızı yüksektir. Sıfır kütlede ışık hızına ulaşır. Tamamen uzay-zaman dokusu ile hareket eder.

Eğer kütleli bir cisim ise, uzay-zamanda hareket ederken (higgs alanı) uzay dokusunda dirençle karşılaşır. Eğer hızını artırmayı başarırsak, zaman dalgasının hızına yaklaşacaktır.
Ama hiçbir zaman içinde bulunduğu zaman dalgasının önüne geçemeyecektir.

Bir sörfçünün dalga üzerinde yol alması gibi. Ulaşabileceği en yüksek hız, dalganın hızı olabilecektir. Dalgadan ayrılmadığı sürece, daha hızlı gitmesi mümkün değildir.

Eğer uzay-zaman dalga şeklinde ışık hızında genleşmeseydi, içinde hareket eden fotonlar hem dalga hem parçacık özelliği gösteremezdi. Fotonlar, dalga ile hareket eden parçacıklara benziyor.

Zaman; evreni genişlemeye zorlayan kuvvettir. Belki de aranılan "karanlık enerji", zamandır.

Bunu hayal etmek için; sıvımsı boşluk dolu bir baloncuğun genleştiğini düşünün. Yoğunluğu homojen ve sabit oranda parçacık içersin.

Parçacıkların hareketini hayal edin.

Balon genleşirken, parçacıklar birbirlerinden dış çeperdeki genleşme hızından, daha düşük hızlarda uzaklaşır.

Parçacıklar vektörel olarak hareket ederler. Fark edemedikleri ama hareketlerini sağlayan bir hızları vardır. Parçacıklar sabit bir momentum kazanmışlardır. Bu onlara kütle sağlar. Artık parçacıkların kütlelerinde artış olmaz.  Ama sahip oldukları kütleyi sabit olarak korurlar.

Yani zaman olmasaydı, cisimlerinde kütleleri olmazdı. Atomun parçalanması ya da birleşmesi veya dönüşmesi esnasında açığa çıkan enerji, zamandan kazanılan enerjidir.