假如有人问你：“冷水和热水哪个先结冰？”信任你必定会感觉这种提问的人是非是傻了，自然是冷水先结冰了。然则，实是上有时刻还真不一定。特定要求下可能热水结冰比冷水还要快，这是怎样回事呢？

　　本来，历史上诸多学者如亚里士多德、培根和笛卡尔等都曾对相似景象有所描画可是均未能给出完美的解释。甚而现代科学家们面临这样一种“容易”的难题也依然存留争议。

　　颠覆知识的姆潘巴景象

　　提起来，这种既容易又繁杂的物理景象另有一种有趣的故事。

　　1963年的一天，坦桑尼亚的一种初中生姆潘巴和小伙伴们一同用牛奶制作冰激凌。当他还在煮牛奶时，身旁的小伙伴曾经连续把牛奶晾凉最初往冰箱里塞了，眼看就要无位子了，一时心急，姆潘巴就把煮热的牛奶干脆放进了冰箱。一种半小时后，他惊奇的发觉，他的冰激凌曾经冻结成块，而其它小伙伴的冰激凌却仍是黏稠状。这与咱们对热景象的直观了解以及经历直觉十足相反。但为何相反呢？姆潘巴带着这种疑虑从初中直到高中，先后请教了多位物理老师全没有谜底，甚而有位老师讥讽地说：“看来有两种物理，一个是放置四海皆准的物理，一个是‘姆潘巴物理’。”

　　倔强的姆潘巴仍不断地寻觅谜底，直到他抓住达累斯萨拉姆大学物理系主任奥斯波恩博士到它们学校访问的机会，又提议了本人的疑问。博士并未对姆潘巴的难题嗤之以鼻，却是回到实验室依照姆潘巴的陈述发展了冷热牛奶实验和冷热水实验，结果都观看到了姆潘巴提到的奇怪景象，因而，博士邀请姆潘巴和他一同对这种景象发展探讨，并于1969年一同撰写了对于此景象的一篇论文，引起学界广大关心。因而大家将这种在同等空间和同等冷却环境下，温度略高的液体比温度略低的液体（非纯水）先结冰的景象，命名为“姆潘巴景象”。

　　姆潘巴景象背后的几种解释

　　为理解释为何有时刻热水结冰比冷水快，50好几年来，众多物理学探讨者先后对此景象发展了大批的探讨，尝试着从不同的方位去解释。

　　冰霜融化说 据理解，为了探讨姆潘巴景象，好多学者发展了实验观看。液体外表凝结的冰霜会作用其向四周导热的速率。冰霜导热性比水差，热水让得冰霜融化，降低了其障碍效用，改良传热。只是有充分的证据声明，在试验进程中悉数排除冰霜的干扰或抑制冰霜的融化，姆潘巴景象依旧存留。因而，这类说法其实不成立。

　　水汽蒸发说 少许学者信任，热水温度较高导致水蒸发的速率变快是形成姆潘巴景象的首要原因，由于蒸发让得水分子降低，要冻结的水分子也相应变少，是以提速了热水结冰速度。只是，少许科学家对结冰首尾水的品质发展了测量，发觉品质差从未超越3%，虽然蒸发后的水降低了，可是这3%的水分子其实不能够明显作用水结冰须要的时间。与此同一时间，水汽蒸发进程中消耗的热量还不能够忽视，可惜的是，关于热量消耗的对比试验其实不简单实现，由于它须要对开放容器和密闭容器发展测量，可是在密闭环境下，水汽蒸发和热量的传递都会遭到障碍，没有办法测量单一变量的作用。

　　可溶解气体说 温度越高，气体在水中的溶解度就越小，因而热水里溶解的气体要少于冷水，源于水在溶解少许气体后凝固点会下降，而

　　热水的气体含量更低，凝固点也相应变高，这可能是热水结冰较快的一种原因，同一时间也有实验发觉脱气水比非脱气水结冰更快。

　　热梯度对流说 热梯度对流看法以为，热水比冷水结冰更快是由于对流的增添。源于水的冷而是从容器的外表以及侧方最初，让得冷水下沉，热水上升，因而发生对流。当热水放入低温环境中，靠近容器的水快速降温，而里面水温不变，这样就发生了温度差并引起热对流。在冷却的进程中，这种热对流一直存留，温差越大对流就越剧烈，水冷却就越快。

　　过冷景象说 在2013年初，英国皇家化学会特意举行了一场比赛，评选姆潘巴景象的最好原了解释。而比赛获胜者提议的解释便是过冷景象。过冷景象指液体或气体的温度到其凝固点之下，但无凝固的景象，而本来温度较轻的水比本来温度较高的水更易产生过冷，那末它的确可能比热水结冰更慢。

　　日前，虽然关于姆潘巴景象并未一种令全部人都信服的完美解释，可是科学家依然在不停提议各式理论来解释这一景象。

　　却非全部时刻热水结冰都比冷水快

　　正如开头所申明的，热水结冰比冷水快不过“有时刻”，也便是说这其实不是一种势必景象。《物理通报》杂志社所属的《中弟子物理》杂志曾对这一景象发展过历时1年的讨论，此中有12篇“实验汇报”，偶有成功之例。这讲明姆潘巴景象切实存留，但操控要求难寻，复现不易。这也就意指着，姆潘巴景象不过在特定要求下显露的物理景象，而不行通常性地得出“热水比冷水先结冰”的物理结论。

　　针对这一难题，9月4日，科技日报记者采访了华夏科学院物理探讨所李治林博士。他指明，由于水中不同的杂质离子可能带来实验上的干扰，甚而有一个说法以为，平常环境下，平凡水中不可幸免地有少许微生物，他们在热水中繁殖得更快，这点尺寸在微米量级的微生物恰恰可行充当水结冰所须要的凝结核，成为其领先结冰的优势要求。而少许探讨者用愈加纯净的水发展实验时，常在不行循环这样的结果。另外，水自身因氢键的存留，性质繁杂多变；而水降温结冰愈是多要素且动态的进程。因而，李治林显示，姆潘巴效应其实不普及成立，理当以愈加审慎的态度对待和探讨这一景象。

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　　探讨姆潘巴景象有啥意义

　　那末对姆潘巴景象的探讨有意义吗？李治林以为，有意义，况且很要紧。水是一个性质特异的物质，有着十分丰富的物理景象，且在产业制造和寿命科学中扮演极端要紧的角色，然则人类日前对水的探讨还很不透彻。

　　“30摄氏度的水”与“从100摄氏度冷却到30摄氏度的水”一样吗？这种难题看上去全无意义，仿佛理所自然，但实是可能却非如许。实质上，众多物理量和物理景象不但取决于物质所处的状况，况且与其历通过程密切相干，终归结果能否一样仍是须要实验探讨来确认。比如，源于冶金技艺在产业上的价格，人类对钢铁的探讨十分具体。众所周知，不同初始温度、不同降温速率料理过的钢铁，性质有相当大不同，此中晶粒的特色和造成进程也有所不同。相似地，实验探讨发觉，不同进程和要求下发生的冰，晶体构造和物理性质也有相当大不同。

　　虽然咱们很早就晓得“常压下水在0摄氏度结冰”但这种温度本来不过一种范畴，冰也有各式不同的冰。

　　然则，关于水，很遗憾，源于微观上太繁杂，咱们对其更细节的性质还知之甚少。但有一丝是确信的，科学不行“想自然”，实验才是检测真理的终归准则。正是科学家们看似没有聊的“较真”、严谨的质疑、严刻的检测、不停的追求，才推进科学不停地挨近真理。

来自：科技日报

作者：陆成宽

编辑：童妙 实习编辑 曾映雪