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預熱過的液體結冰速度更快。有證據表明，亞裡士多德在公元四世紀首先觀察到這種現象，後來這種現象又引起了弗朗西斯·培根和笛卡爾等知識分子的好奇心。

1960 年，這一現象開始走向理論的第一步，坦桑尼亞學生 Erasto Mpemba 在烹饪課上觀察到，最熱的冰淇淋混合物比冷的冰淇淋結冰得更快。接着，他作為 Mkwawa 中學的學生參加一個在 Iringa 舉行的物理講座上提出了關于這個現象背後成因的疑問，卻被同班同學和老師嘲笑。然而，來自達累斯薩拉姆大學學院（University College in Dar es Salaam）的講師 Denis Osborne 博士對這一現象進行了實驗并确認了 Mpemba 的觀察結果。1969 年，他們倆人發表了一篇文章詳細介紹了其發現。

這一奇怪的效應後來成為教育界和科學界的熱門話題，但究其成因，人們目前還知之甚少。現在，一組西班牙研究人員正決定探究這個看似反直覺的 Mpemba 效應存在的原因。

這隻團隊建立了一個框架理論來解釋 Mpemba 效應——熱水結冰速度比冷水快的神秘物理現象。

圖源：Pixabay

“從曆史上看，這個效應并沒有被人們以嚴謹的方式加以探究，而僅僅隻是作為一種反常現象被提及和教育”，塞維利亞大學（Universidad de Sevilla）理論物理系研究員和文章的作者之一的 Antonio Prados 說，“在我們看來，通過一個系統來學習和了解這一效應很重要，這個系統該具備有能控制最小成分的能力。”

根據研究小組的報告，某些“成分”必須彙集在一起才能在某些特定的系統中發生這一效應。他們研究了粒狀流體中的 Mpemba 效應，該物質含有硬質的非彈性球體，卻表現為液體。選擇這種環境的原因是，團隊可以模拟粒子之間的相互作用，并“進行分析計算以了解 Mpemba 效應如何以及何時發生”，馬德裡卡洛斯三世大學（Universidad Carlos III de Madrid）UC3M 的研究員和作者之一的 Antonio Lasanta 說。

當這些粒子碰撞時他們會釋放能量。由于較高的溫度意味着在分子水平上會有更多的運動，因此在暖和的液體中，Mpemba 效應将會發生得更快。研究還證實了由同樣的相互作用産生的“逆 Mpemba”效應的存在，即最冷的系統會比最熱的系統加熱得更快。這一逆現象最初在一年前由來自以色列魏茲曼研究所（Weizmann Institute）的 Oren Raz 和芝加哥大學（University of Chicago）的 Zhiyue Lu 所預測。

最容易發生這個效應的情況是，當加熱或冷卻前，粒子的速度有特定的排列傾向——比如說，在均值附近具有高度分散。這樣，如果在冷卻之前準備好顆粒的狀态，則流體溫度的演變會受到顯著的影響，他們解釋說。

對 Mpemba 效應更好的理解不僅會促進我們對基礎科學的理解，而且可能在中長期有實際的應用。例如，如果團隊的理論得到證實，它可能研發出使電子設備更快冷卻的方式。

但是，到那樣一個目标還有一段路要走。正如之前 Raz 和 Lu 的文章一樣，與水的更為複雜的行為相比，這個研究因為使用了非常簡化的模型而受到一些批評。但總的來說，這些研究結果相互支持，使得這種特殊的相互作用适合于更廣泛的 Mpemba 效應機制。

同時，Mpemba 還自己首先觀察到牛奶中的這個效應，牛奶相當于有許多大顆粒懸浮在水中。顆粒液體模型也可應用于水的樣品中：非純淨水中的大溶質顆粒可能對 Mpemba 的總體效應有貢獻。

相關文章已發表于《Physical Review Letters》雜志，題目為 When the Hotter Cools More Quickly: Mpemba Effect in Granular Fluids。

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