人气排行榜热水比冷水结冰更快的争议60年：揭秘背后的科学原理
长久以来，一直流传着热水比冷水结冰更快的言论，甚至也有许多人用生活经验、实验证实了这一结论。此现象被称为姆潘效应，源自1963年坦桑尼亚的一位重新发现这一现象的中学生姆潘巴。而关于这一效应最早有记录的观察可以追溯至亚里士多德时代。
然，基本的姆潘巴效应是违反热力学第一定律的，那么又是什么原因让人们观察到了这种神奇的现象？从系统研究这一现象开始，已经过去60年，今仍无完美答案。
撰文|MartinBier（东卡罗来纳大学物理学教授）
翻译|1/137
13岁的伊拉斯托·姆潘巴(ErMpemba)在高中时观察到，如果把牛奶和糖的混合物在热的时候放在冰箱里，它凝固得更快。这是发生在1963年坦桑尼亚的故事。当姆潘巴续研究他的发现时，他的物理老师告诉他这是无稽之谈。
另一方面，当地街头的冰激凌摊贩对姆潘巴的观察结果非常熟悉。几年后，的英国物理学教授和外交官丹尼斯·奥斯本（DenisOsborne）访问了姆潘巴的学校并做了演讲。在讲座后的问答环节中，年轻的姆潘巴再次提他的发现，但依然受到他的老师和周围同学们的嘲笑。
然而这位杰出的外交官对此产生了兴趣，在返回达累斯萨拉姆（DaresSalam，编者注：坦桑尼亚最大城市）后进行了实验——他没有用冰激凌，而是用水。最终，他们二人于1969年（MpembaandOsborne，1969）在《物理教育》（Physics）杂志上发表了文章。姆潘巴最终被证明是正确的！文章由姆潘巴和奥斯本共同撰写，非常易读，已经成为经典之作。
姆潘巴和奥斯1969年在《物理教育》上发表的本文中的一幅图，提供了热水比冷水结冰更快的证据。
如今，热水比冷水更快冻结的现象被称为姆巴效应（MpembaEffect）。这个观点的历史可以追溯到比1960年代更久远的时期。公元前四世纪，亚里士多德（Aristotle）在他的气象学著作道：如果水事先被加热，这有助于它快速冻结的过程：因为它冷却得更快（Aristotle1952）。
17世纪初，弗朗西斯·培根（FrancisBacon次阐述了通过观察和推理来获得科学知识和洞察力的方法。在他的《新工具论》（NovumOrganum）著作中，他写道：稍微加热的水比完全冷却的水易冻结（Bacon，1902）。
姆潘巴和奥斯本的《物理教育》文章中并没有提及这些历史。在陈述了姆潘巴效应之后，亚里士多德用它解释炎热气候下暴雨通常如倾盆的现象：出于同样的原因，在阿拉伯和埃塞俄比亚（Aethiopia，编者注：在古希腊文献中指尼罗河上游和撒哈沙漠以南的地区），降雨在夏天而不是在冬天，而且一天里会多次下雨，且非常猛烈：因为高温，云层很快就被其反作用冷却了（Aristotle，195）。这是对一个真实现象的错误解释。
姆潘巴和奥斯本的文章详细描述了，年轻、天真的姆潘巴在讲述他的发现时是如何被误解和嘲笑的，一个老师把他当回事。这自然会引起读者对姆潘巴的同情。
这个故事描绘的是一个热情而正直的年轻人与心胸狭窄的当权派发生冲突。让人联想到伽利略和爱因斯坦的斗争，他们都是开创性的科学家，反对坚持教条的统治秩序。奥斯本的实验以及报道这些实验结果的文章，就是坞电影似的温暖人心的幸福结局——20世纪的学术背景下灰姑娘（Cinderella）的故事。
伊拉斯托·姆潘巴（ErastoMpemba）
巴效应及其基本原理
实际上，姆潘巴和奥斯本的文章在许多方面都存在错误。姆潘巴所经历的嘲笑基
热水比冷水结冰快原理
热水比冷水结冰快原理是姆潘巴现象。 姆潘巴现象（Mpemba effect）是指在同等质量和同等冷却环境下，温度略高的液体比温度略低的液体先结冰的现象。 亚里士多德、培根和笛卡尔等均曾以不同的方式描述过该现象，但是均未能引起广泛的注意。 1963年，坦桑尼亚(Tanzania)的一位中学生姆潘巴在制作冰淇淋时发现，热牛奶经常比冷牛奶先结冰，1969年，他和丹尼斯·奥斯波恩（Denis G. Osborne）博士共同撰写了关于此现象的一篇论文，因此该现象便以其名字命名。 姆潘巴现象的原因仍然在探讨之中，没有一个统一的定论。 有人认为是蒸发——凝结的原因，有人认为是过冷的原因，有人认为是由于热水中的对流造成的，也有人提出是由于水中溶解的气体造成的，还有人提出是由于加热过程中水中的微观结构发生了改变。
为什么热水比冷水更容易结成冰
热水更快结冰的现象名叫“曼巴效应”(Mpemba effect).很多人都听说过这个故事.故事里的“曼巴”是坦桑尼亚的一个学生.上世纪60年代,他和小伙伴们一起做冰淇淋,无意中发现温牛奶结冰的速度比在冰箱里冻过的牛奶还快.曼巴把这个现象报告给了物理学家奥斯本(Denis Osborne).奥斯本在1969年的一篇论文中描述了这种现象,发现在《物理学教育》杂志上.其实,不只是曼巴看到了这种现象,还有其他几个人表示过亲眼目睹,他们是：亚里士多德、弗兰西斯·培根和笛卡尔.表面上看起来,曼巴效应的描述是违反常识的：水要先降温到摄氏零度的冰点,然后才能结冰,所以当然是冷水比热水结冰快.但是如果以科学的眼光来看,这个问题则要复杂得多.新的研究仍然没有能够解释曼巴现象,但是确实显示在某些特殊的环境下,曼巴现象确实会出现.过去的几十年里,包括奥斯本的数个物理学家都曾写过论文,描述曼巴效应.奥斯本在德国哥廷根的马普学会的实验室里曾经纪录过曼巴效应,但实验未能重复.而新近做过曼巴效应实验的布朗里奇(James Brownridge)说：“以前没有人能够按照科学的要求重复过这个结果.” 不过布朗里奇做到了,他发现热水比冷水结冰更快,并且重复了这个结果,他把这个结果传到网上.在这个实验中,两茶匙量的水被铜容器完全密封.那他是如何确实水结冰了呢?他在水中放进了一个传感器,在水结冰的时候它会发出一个电信号.他把自来水加温到100℃,把蒸馏水冷却到20℃,把它们同时放进冰箱里,结果热水结冰更早.然后他融化了两个样本,重复实验了27次,结果每次热水都是先结冰.这个实验之所以能够得到这样的结果,是因为含有不同成分水的冰点相差很大,自来水的冰点比蒸馏水要高.这样,100℃的自来水可能比25℃的蒸馏水更先结冰.这个实验比较的是不同的水样,所以并不能说曼巴效应的谜团已经解开了.布朗里奇很低调,他说：“我没有狂傲到说我已经解决了这个问题.” 水问题专家奥巴赫说：“无论如何,这是一个很好的开始.”但英国达拉莫大学的物理化学家赛尔兹曼说,他现在还是不信曼巴效应真的存在,因为有太多的因素会影响水结冰的时间,不可能完全控制这些因素.“预测水样什么时候结冰就好比预测下次地震或者金融危机什么时候发生.”赛尔兹曼说,“我不想说曼巴效应并不存在,但现在还没有人说服我它真的存在.”
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