为什么热水结冰比冷水结冰速度更快

为什么热水比冷水结冰速度更快

这似乎与先入为主的观念相反，即热水比冷水冻结的速度更快，科学家一直无法解释为什么会发生这种现象。现在他们终于找了原因。

事实是，在某些条件下，热水比冷水结冰的速度快。1963年，一位名叫伊拉斯托·姆潘巴的坦桑尼亚学生首次发现了它。姆潘巴在上烹饪课时注意到了一件奇怪的事情。他注意到热的冰淇淋混合物比冷的冰淇淋混合物冻结得更快。后来，他向物理学家丹尼斯·奥斯伯恩博士提出了这个问题，奥斯伯恩博士后来对姆潘巴的观察结果进行了测试。他发现这是真的，这种现象被称为姆潘巴效应。

然而，姆潘巴并不是第一个注意到这种情况的人。亚里士多德在公元前4世纪发现了类似的现象，笛卡尔和根爵士也发现了。但是，在奥斯本博士的帮助下，姆潘巴在1969年撰写了第一篇发表的关于这种效应的科学论文。尽管姆潘巴效应已被清楚地证明，但科学家们仍困惑于它为什么会发生，以及在什么情况下才会发生。

对于这个看似简单的答案，人们提出了许多理论。有一种理论认为，由于热水蒸发得更快，剩下的冷冻体积减少了。另一种理论指出热水表面有一层霜层，这层霜层能使它水更快地冻结，还有一种理论则认为，这一定与水里不同的溶质有关，这些溶质是通过加热除去的。

正如科学有时会发生的那样，姆潘巴效应并不总是发生。通常冷水结冰的速度比热水快，但在某些条件下，姆潘巴效应仍会发生。直到最近，一群物理学家发现了这个看似简单的问题的答案。

新加坡南洋理工大学的物理学家发现，姆潘巴效应的原因在于水分子之间的化学键。一个水分子有一个氧原子和两个氢原子，它们有共价键。水分子也通过较弱的氢键与其他水分子结合在一起。当一个氢原子靠近另一个水分子的氧原子时，就会发生这种情况。人们认为，这些较弱的化学键才是导致姆潘巴效应的根本原因。

冷水和温水之间化学键的变化正如你在上图中所看到的，在水被加热之前，水分子紧密地聚集在一起，互相“推动”。每个水分子的氢共价键被拉伸，使它们储存能量。当水被加热时，水的密度降低，水分子开始分离。这使得分子间较弱的键得到拉伸。这种拉伸，或者说水分子之间的分离，使得共价键得以放松并释放能量。

从理论上讲，这导致了冷却，所以温水比冷水冷得快，在所有合适的条件下，它比冷水冻结得快。把这些化学键想象成橡皮筋可能更简单。当橡皮筋被拉回来的时候，它会储存能量(也就是热量)，当释放的时候，这些能量就会被释放出来并转移到环境中。在这种情况下，当冷冻冷水时，这些共价键中的能量永远不会像在温水中那样释放出来。

如果你的大脑在不停地旋转，那就别灰心，科学家们还在为姆潘巴效应争论不休。这是相当惊人的，似乎它可以通过一个简单的方法发现困扰了几个世纪的思想。

姆潘巴现象

姆潘巴现象(Mupainmubareffect)，又名姆佩姆巴效应，指在同等体积、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，坦桑尼亚的马干巴中学三年级的学生姆潘巴经常与同学们一起做冰淇淋吃。在做的过程中，他们总是先把生牛奶煮沸，加入糖，等冷却后倒入冰格中，再放进冰箱冷冻。有一天，当姆潘巴做冰淇淋时，冰箱冷冻室内放冰格的空位已经所剩无几。为了抢占剩下的冰箱空位，姆潘巴只得急急忙忙把牛奶煮沸，放入糖，等不及冷却，就把滚烫的牛奶倒入冰格中，并送入冰箱。一个半小时后，姆潘巴发现了一个让他十分困惑的现象：他放入的热牛奶已经结成冰，而其他同学放的冷牛奶还是很稠的液体。照理说，水温越低，结冰的速度越快，而牛奶中含有大量的水，应该是冷牛奶比热牛奶结冰速度快才对，但事实怎么会颠倒过来了?姆潘巴把这个疑惑从初中带到了高中。他先后请教了几个物理老师，都没有得到答案。一位老师感觉他提出的问题怪异得近乎荒唐，就用嘲讽的口吻说：你说的这些就叫做姆潘巴现象吧!但执着的姆潘巴并没有认为自己的问题很荒唐，他抓住达累斯萨拉姆大学物理系系主任奥斯波恩博士到他们学校访问的机会，又提出了自己的疑问。这位博士并没有对他的问题嗤之以鼻。回到实验室后，博士按照姆潘巴的陈述做了冷热牛奶实验和冷热水物理实验，结果都观察到了姆潘巴所描述的颠覆常识的怪现象。于是，他邀请姆潘巴和他一起对这个现象进行了深入研究。1969年，他和丹尼斯·奥斯伯恩博士(DenisG.Osborne)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”真的能颠覆我们以往关于水结冰的常识吗?四十多年来，许多论文与实验试图证实这个现象背后的原理，但由于缺乏科学实验数据以及定量分析，至今没有定论。