一直以來,人類都被一個看似簡單的問題難住了,這個問題便是“熱水為何要比冷水結快?”,聽到這裡,您肯定會覺得有些好笑,可值得一提的是,它的的确确是一個真理,甚至連古希臘哲學家亞裡士多德也為此而撓頭。這究竟是怎麼回事呢?如果您想知道,就讓小編來為您揭秘:
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談到物理學,可能很多讀者都會覺得它距離生活非常遙遠,甚至與自己毫不相幹。不過在日常生活中,物理學幾乎無處不在,甚至還有不少都顯得違背常理。說到這裡,我們可以舉一個例子,假如你取兩個同樣大小的杯子,在内部分别盛滿熱水與冷水,接着再将其放入冰箱之内,過一會兒,你就能驚奇地發現,熱水的結冰速率明顯要比冷水快了很多。
可能這種結果大大超乎了你的想象,但是我們不得不承認,這絕對是一個事實。值得一提的是,最早發現這一現象的人,是古希臘著名哲學家亞裡士多德。他曾在自己的著作《氣象學》中描寫了這樣一件事:“在冰上捕魚的漁民,為了能在冰上搭建臨時的棚屋,總是喜歡在立杆周圍澆灌熱水,以此使水快速凝結成冰”,在書中他還提出了對這種現象的質疑。
對于這一奇怪現象,法國大數學家笛卡爾曾給出過自己的解釋,他指出:“在火上加熱過的水,會比沒加熱過的水更快結冰。其中的原因就在于,那些阻止水保持液态能力最低的水粒子,在水被加熱的過程中全部蒸發了”。換句話說,笛卡爾認為,之所以熱水會比冷水結冰迅速,就是因為水中某些粒子的消失。
但大多數人卻不同意笛卡爾的看法,因為熱水與冷水都是水,不可能無緣無故就出現某些奇怪的粒子。随着人類科技的不斷進步,各種領域都在飛速發展,可人類依然不能對兩杯水結冰的問題給出合理的解釋。
1968年時,坦桑尼亞累斯薩拉姆大學的教授丹尼斯·奧斯本,對坦噶尼喀湖畔的一所學校進行了參觀。由于其名氣頗高,故此他還為全校師生進行了一次講座,而在講座中,一位名叫姆彭巴的學生提出的問題卻令其感到語塞。姆彭巴所說的問題,正是關于熱水與冷水的結冰速率對比,可是丹尼斯卻難以對其做出合理解釋。
直至後來,丹尼斯教授親自做了一次實驗,證實了姆彭巴所言非虛,繼而便與姆彭巴就該現象共同發表了一篇論文,并謙虛地稱該效應為“姆彭巴效應”。
雖然科學界已經對“姆彭巴效應”進行了認證,但是關于其中的原理,依然處于争論不休的狀态,多國知名科學家也都相繼給出了解釋,可是都因為漏洞明顯而最終被否定。
為了能夠找到問題的答案,英國皇家化學會給出了1000英鎊的懸賞,以求能有人站出來解釋該現象。雖然皇家化學會承認獎金的額度有些低,但是他們還是希望能找到“以全新角度,跳躍式思維給出的答案”,這不僅能解開人們心中多年的疑惑,更能夠為日後的研究提供重要幫助。
此時有讀者會好奇,難道這個看似簡單的問題,真的沒有專家給出看似靠譜的答案嗎?當然有,這個比較可信的答案便是由一位新加坡學者提出的“氫鍵理論”。熟悉化學的讀者都知道,水是由水分子構成的,水分子内存在着兩個氫原子以及一個氧原子,它們之間各自存在着一種引力被稱為範德華力。
在水分子與水分子之間,二者内的氫原子也同樣存在着引力,它們之間的力被稱為氫鍵。當水被加熱時,由于分子的運動開始活躍,分子間氫鍵的作用變小了很多。正是因為如此,當水從液态變成固态時,因此相比于冷水而言,熱水内活躍的水分子,因為氫鍵短,故此更加容易直接排列成固态的水分子結構,這也是為何熱水比冷水結冰快的原因。
雖然以上解釋相對來說較為合理,但是不少科學家同樣找到了氫鍵理論的漏洞,以至于該問題仍然是一個未解的謎團。不過小編相信,随着科學技術的不斷進步,科學家們終将會通過不懈的努力,給我們一個滿意的答案。
文瀾海潤工作室主編文秀才,本文撰寫:特約曆史撰稿人:常山趙子蟲
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