科技新聞如果有人問你“冷水和熱水哪個先結冰？”我相信你會覺得提問者是不是很蠢。當然，冷水先結冰了。然而，事實上，有時候并不一定如此。在某些情況下，熱水可能比冷水結冰快。這是怎麼回事？

事實上，曆史上很多學者，如亞裡士多德、培根、笛卡爾等都曾描述過類似的現象，但未能給出完美的解釋。即使是現代科學家，對這樣一個“簡單”的問題，仍然存在争議。

說起來，這個既簡單又複雜的物理現象還有一個有趣的故事。

1963年的一天，坦桑尼亞的一個初中生姆潘巴和小夥伴們一起用牛奶制作冰激淩。當他還在煮牛奶時，身旁的小夥伴已經陸續把牛奶晾涼開始往冰箱裡塞了，眼看就要沒有位置了，一時心急，姆潘巴就把煮熱的牛奶直接放進了冰箱。一個半小時後，他驚奇地發現，他的冰激淩已經凍結成塊，而其他小夥伴的冰激淩卻還是黏稠狀。

這完全違背了我們對熱現象的直觀理解和我們的經驗直覺。但是為什麼相反呢？帶着這個疑問，Mpamba咨詢了從初中到高中的多位物理老師，都沒有答案。有一位老師甚至諷刺說，“好像有兩種物理，一種是放之四海而皆準的物理，一種是‘姆潘多拉物理’。

固執的姆潘巴一直在尋找答案，直到他抓住了達累斯薩拉姆大學物理系系主任奧斯本博士來他們學校參觀的機會，提出了自己的疑問。醫生并沒有對姆潘巴的問題嗤之以鼻，而是按照姆潘巴的說法回到實驗室進行冷熱奶實驗和冷熱水實驗。結果觀察到了姆潘巴提到的奇怪現象。于是，博士邀請姆潘巴和他一起研究這一現象，并于1969年就這一現象合寫了一篇論文，引起了學術界的廣泛關注。于是人們把這種在相同體積、相同冷卻環境下，溫度稍高的液體比溫度稍低的液體(非純水)先結冰的現象命名為“姆潘巴現象”。

為了解釋為什麼有時候熱水結冰比冷水快，50多年來，許多物理學研究者先後對此現象進行了大量的研究，嘗試着從不同的角度去解釋。

據了解，為了研究姆潘巴的現象，許多學者進行了實驗觀察。液體表面的霜會影響熱量向周圍環境傳導的速度。霜的導熱性能比水差，熱水使霜融化，減少了它的阻礙，優化了傳熱。但有充分的證據證明，在實驗過程中完全消除霜的幹擾或抑制霜的融化時，“姆潘巴”現象仍然存在。所以，這個說法不成立。

有學者認為，姆潘巴現象的第一個原因是由于熱水的溫度較高，熱水的蒸發速度較快。因為蒸發減少了水分子的數量，所以要凍結的水分子數量也相應減少，從而加快了熱水的凍結速度。然而，一些科學家測量了冷凍前後水的質量，發現質量差異從未超過3%。雖然蒸發的水量減少了，但3%的水分子不能顯著影響水結冰所需的時間。同時，水蒸氣蒸發過程中消耗的熱量也不容忽視。遺憾的是，耗熱量的控制測試并不容易實現，因為它需要測量開口容器和封閉容器。而在封閉的環境中，水蒸氣蒸發和熱傳導都會受到阻礙，無法測量單一變量的影響。

溫度越高，氣體在水中的溶解度就越小，因此熱水裡溶解的氣體要少于冷水，由于水在溶解一些氣體後凝固點會降低，而熱水的氣體含量更低，凝固點也相應變高，這可能是熱水結冰較快的一個原因，同時也有實驗發現脫氣水比非脫氣水結冰更快。

熱梯度對流觀點認為，熱水比冷水結冰更快是因為對流的增加。由于水的冷卻是從容器的表面以及側面開始，使得冷水下沉，熱水上升，因此産生對流。當熱水放入低溫環境中，靠近容器的水迅速降溫，而内部水溫不變，這樣就産生了溫度差并引起熱對流。在冷卻的過程中，這個熱對流一直存在，溫差越大對流就越激烈，水冷卻就越快。

2013年初，英國皇家化學學會專門舉辦了一場比賽，評選出姆潘巴現象的最佳原理解釋。比賽獲勝者提出的解釋是過冷。過冷現象是指液體或氣體的溫度低于其冰點，但沒有凝固的現象。溫度較低的水比溫度較高的水更容易過冷，因此它可能确實比熱水凍結得更慢。

目前，雖然對于姆潘巴的現象還沒有完美的解釋，但是科學家們仍然在提出各種理論來解釋這一現象。

正如開頭所申明的，熱水結冰比冷水快隻是“有時候”，也就是說這并不是一個必然現象。《物理通報》雜志社所屬的《中學生物理》雜志曾對這一現象進行過曆時1年的讨論，其中有12篇“實驗報告”，偶有成功之例。這說明姆潘巴現象确實存在，但控制條件難尋，複現不易。這也就意味着，姆潘巴現象隻是在特定條件下出現的物理現象，而不能一般性地得出“熱水比冷水先結冰”的物理結論。

為解決這一問題，9月4日，科技日報記者采訪了中國科學院物理研究所李志林博士。他指出，由于水中不同的雜質離子可能會對實驗造成幹擾，甚至有一種說法認為，一般情況下，普通水中不可避免地存在一些微生物，它們在熱水中繁殖更快。這些微米級的微生物正好可以充當水凍結所需的凝結核，成為其優先凍結的有利條件。然而，一些研究人員在用更純淨的水進行實驗時，往往無法重複這一結果。另外，由于氫鍵的存在，水本身的性質複雜多變；水的冷卻和凍結是一個多因素的動态過程。因此，李志林表示，姆潘巴效應并不是普遍成立的，應該以更加謹慎的态度對待和研究這一現象。

那麼研究姆潘巴的現象有意義嗎？李志林認為這是有意義和重要的。水是一種具有豐富物理現象的獨特物質，在工業生産和生命科學中發揮着極其重要的作用。然而，對水的研究仍然不徹底。

「30攝氏度的水」和「水從100攝氏度冷卻到30攝氏度」一樣嗎？這個問題看似毫無意義，想當然，其實未必。事實上，許多物理量和現象不僅取決于物質的狀态，還與其過程密切相關。最終結果是否相同，還需要實驗研究來确認。比如，由于冶金技術在工業上的價值，對鋼的研究非常細緻。衆所周知，不同初始溫度和不同冷卻速度處理的鋼的性能差異很大，其中晶粒的特征和形成過程也不同。同樣，實驗研究發現，不同過程和條件下産生的冰的晶體結構和物理性質也有很大的不同。

雖然我們很早就知道“常壓下的水在0攝氏度結冰”，但這個溫度其實隻是一個範圍，冰有不同的種類。

然而，對于水，不幸的是，由于其微觀複雜性，我們對其更詳細的性質仍然知之甚少。但有一點是肯定的，科學不能“想當然”，實驗才是檢驗真理的最終标準。正是科學家們看似枯燥的“真實”，嚴謹的質疑，嚴謹的審視，不斷地追求，推動着科學不斷向真理靠近。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!