热水和冷水哪个先结冰？真相可能和你想的不一样！

同样体积的冷水跟热水一起放冰箱里，哪个更容易结冰？

你可能会觉得，肯定是冷水，因为要结冰，热水得先变成冷水才可以。

但其实，热水反而会先结冰。这个反直觉的情况，在生活里并不难见到。
比如，你肯定看到过下面这张泼水成冰的图片：

图片图片来源于网络

能够泼水成冰，首先天气得足够够冷，第二点就很重要了，泼出去的得是热水。如果泼一瓢冷水，那你可能会把自己浇成落汤鸡，或者泼别人一脑袋水。
这背后一个很重要的原因是，热水挥发会形成大量水蒸气和小液滴，和冷空气接触比表面积大，能够快速冻成冰块，另外还有一个你可能想不到的影响因素，那就是热水本身就比冷水更容易结冰。

这个现象，早在两千年多年前就被人发现了。

最早把它记录下来的人，是亚里士多德。他发现：“被烧过的水更容易结冰。”而且他记录道：“在黑海南岸一个叫本都的地方，人们在冬天去冰上钓鱼的时候，会把温水浇在芦苇上，好让芦苇快速结冰。”

弗朗西斯培根也记录过：“有点温热的水比冷水更容易结冰”。笛卡尔在他的《方法论》里面同样提到了类似的现象。笛卡尔还给出了一个解释；有一些阻止水结冰的小粒子在加热的时候就蒸发掉了，所以更容易结冰。

但是当时，人们并没有深入去研究这个现象。一方面是因为当时人们对微观世界的了解还不够，要知道当时可是连水分子的这样的概念都没有。另一方面，可能大家也不觉得这是什么了不起的现象，顶多作为一个业余爱好研究研究罢了。

终于在1963年的时候，一位坦桑尼亚的中学生再次注意到了这个现象，还跟它死磕了下去，发表了一篇论文。

发现这个现象的学生，叫做姆潘巴。

当时，他跟同学们正在一起做牛奶冰淇淋。老师叮嘱他们，牛奶必须得凉了之后才能放进冰箱，不然可能会把冰箱搞坏的。要知道在当时的坦桑尼亚，冰箱可不像现在这么常见，而且也不便宜，老师自然会把冰箱看作“高级设备”了。

但是，姆潘巴班上做冰淇淋的人太多了，而冰箱里的空间是有限的。

眼看着冰箱的位置一点一点被占据，姆潘巴就豁出去了，直接把热牛奶放进了冰箱里。过了一个半小时之后，打开冰箱一看，冰箱不但没坏，甚至他的牛奶已经冻成冰了。但跟他同时放进来的其他冷牛奶却没有结冰，这个现象很反直觉。

姆潘巴就跑去问物理老师。物理老师想都没想，就告诉他：“这不可能，一定是你自己搞错了。”听老师这么说，姆潘巴也就没再追问，也认为可能是自己弄错了。

这事本来就这么过去了。但很快，姆潘巴在跟朋友聊天时，又听到了类似的现象。

朋友告诉他，自己的哥哥是一家冰淇淋店铺的“制冰达人”，做冰淇淋比别人都快。他的秘诀就是把热牛奶放进冰箱里。后来在和另一位卖冰淇淋的朋友聊天时，姆潘巴又听他提到了这个现象。

这时候，姆潘巴认为，说不定是初中物理老师搞错了呢？

于是，在进入高中之后，姆潘巴又向高中物理老师提出了这个问题。得到的答案还是一样的：“你搞错了，这是不可能的，这个现象不是我们这个宇宙的物理学，而是姆潘巴宇宙的物理学。”

玩笑越开越大，人们在数学题做错了想找理由的时候，就说，这是“姆潘巴的数学”。姆潘巴这下可生气了。你们不信，我亲自做给你们看。

他跑去找学校厨房的负责人，借了高级实验设备（冰箱）的一个星期使用权，还拉上几个小伙伴一起做实验。实验结果也确实证实了姆潘巴说的。

这件事越闹越大，最后校长也知道了。校长非常负责，他专门去请教了一位物理学博士丹尼斯·奥斯本。奥斯本听完当然是不信的，但是他也非常有责任心，亲自做了实验，测了不同水温下水的结冰时间，结果发现，还真是这样（见下图）。这可是个有意思的现象，于是1969年，奥斯本拉着姆潘巴一起发表了一份论文，描述这个现象。

这个现象，后来也被称作姆潘巴现象。

那姆潘巴效应到底是怎么回事呢？

其实直到今天，科学家们并没有得出一个统一的结论，但有许许多多猜测。

有人认为，这跟冷水里的溶解气体比热水里的多有关；

有人认为，加热之后的水，氢键能量变高了，这对形成冰块的过程有利；
还有些科学家认为，在冷冻时候，热水的对流比冷水的剧烈，所以整体降温更快。

……

想找到真正的答案，可能还需要很长一段时间。

但姆潘巴现象说明，即便在今天，我们身边依然有很多神奇的未被破解的科学现象。科学探索的道路也远远没有到尽头，如果你也发现了什么反直觉的现象，多多留心，说不定，你就是下一个姆潘巴。

参考文献：

[1] Aristotle. "Meteorology". Book I, part 12, pp. 348b31–349a4. Retrieved 16 October 2020 – via MIT.

[2] https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0031-9120/4/3/312/pdf

作者｜田达玮

审核｜周晓亮 北交大物理实验室

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