热水比冷水更快冻结

●李论科学 文 小琪 编

在科学发展中，我们已经无数次地感受到了大自然的神奇，天下之大无奇不有！人类的有些认知是通过对事物简单的现象总结得出的科学理论。

而有些科学理论可不是这样的，因为很多真理都隐藏在表象之后，且与我们的直觉相违背。比方说，如果我问你，一杯70℃的水和一杯30℃的水，把它们同时放到冰箱，哪个能更快地冻结？根据我们以往的常识，这可能就是一句废话，肯定是30℃的水更快结冰。

原因很简单，把温度的下降过程比作路径，70℃距离冰点肯定路程更长，因此结冰更慢。可是大自然并非那么单纯，很多神奇的现象背后总是隐藏着让人瞠目结舌的真理。

这是公元前就存在的疑惑

关于这个看似不是问题的问题，其实人类很早就研究过，而且发现了一些不寻常的事。最早关于冷热水哪个冷却更快的记载可以追溯到古希腊的亚里士多德。

他在公元前4世纪的时候就发现热水比冷水结冰更快，在这之后的哲学家、物理学家，如弗朗西斯·培根和勒内·笛卡尔，也发现了这种反常的现象。

但以当时人们的学识无法解释这种现象，更无法做出具有说服力的实验，所以对这一问题只有一些传言和记载，并没有得到当时科学界的重视。

而这一问题重新回到人们的视野、被科学家讨论已经是1963年，而且起因是一个13岁的中学生上课时无意中的发现。

这名学生名叫埃拉斯托·姆潘巴，来自坦桑尼亚。在一节课上老师让学生们自己动手制作冰淇淋，由于姆潘巴担心冰箱的位置被其他学生占满，没等热牛奶冷却就放进了冰箱。当他过了一段时间再次检查自己的冰淇淋时，却意外地发现自己的冰淇淋竟然比其他同学的冷却得更快，率先冻结。

当时老师无法给出这一现象的解释，因此，在物理学家丹尼斯·奥斯本访问该校并让学生提问的时候姆潘巴就借机问了教授。

丹尼斯·奥斯本给出的答复是，我们发现过这种现象，具体情况不清楚，等我返回实验室会亲自做这个实验。同年他们两人就此现象共同发表了一篇论文。这个反常的现象再次被人们熟知，也引起了科学家的兴趣。

但是问题是有些科学家能够通过同样的实验得出相同的结果，有些却不能，因此这个现象就成为了一个被讨论至今的悬案。

到底存不存在这种现象也一直没有定论，因为科学界认为这一现象的很多细节无法把控，例如水中的杂质会影响水结冰的速度，而且还会影响水的冰点。最重要的是结冰这个最终结果如何去界定，到底是谁先达到0℃，还是谁先开始冻结，还是谁先完全冻结？

这些不确定因素导致很多人得出来的结论不一致，实验结果带有很强的主观性。所以科学家一致认为姆潘巴效应在实验上无法得到很好的证实。

热水冻结快于冷水

新发现解决这一问题

不过，2020年8月5日，一篇发表在《自然》杂志上的论文《在胶体系统中更快的指数冷却》解决了这个问题。

实验研究人员最开始是想知道和水分子大小相近的玻璃珠（1.5微米）在水中是如何运动的，他们将不同温度的玻璃珠放在水中，用激光照射玻璃珠，观察玻璃珠在水中的运动情况，测量其温度。

实验结果发现，温度更高的玻璃珠在水中冷却速度更快，并且是指数级的下降速度。在1000次实验中，科学家观察了不同温度的玻璃珠，以及不同的水，实验结果都是一致的。

通常情况下热一点的珠子大约2毫秒就可以降至环境温度，但是温度稍低的珠子要想达到环境温度必须花费10倍的时间。

科学家认为这很好地证实了姆潘巴效应，而且不仅仅是水和玻璃珠，在其他的材料上也会看到这种现象，由此推出，在大自然中这种现象也应该十分普遍。

实验也说明了从高温到低温的冷却过程可能存在不同的路径，而高温物体往往会走捷径，能够快速地达到环境温度。

这次实验能够证实姆潘巴效应的原因在于，通过对玻璃珠温度的直接测定，排除了如何判定水冻结这个充满不确定性的因素，因此很好地证明了这个现象的存在。