兩杯一樣體積的涼水和開(kāi)水 那杯先凍冰

我聽(tīng)說(shuō)熱牛奶比冰牛奶先結(jié)冰,但是熱開(kāi)水和冷開(kāi)水就不確定了,都有可能,這中現(xiàn)象不是絕對(duì)的

　　"熱水比冷水先結(jié)冰"
　　事實(shí)上，在一般實(shí)驗(yàn)條件下，熱水會(huì)比冷水更快結(jié)冰。這種現(xiàn)象違反直覺(jué)，甚至連很多科學(xué)家也感到驚訝。但它的確是真的，曾在很多實(shí)驗(yàn)觀察和研究過(guò)。雖然在經(jīng)過(guò)亞里斯多德、培根，和笛卡兒 [1- 3] 三人的介紹后，此現(xiàn)象已被發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)世紀(jì)，但卻一直沒(méi)有被引入現(xiàn)代科學(xué)。直至1969年，才由坦桑尼亞的一間中學(xué)的一個(gè)名叫 Mpemba 的學(xué)生引入現(xiàn)代科學(xué)。這個(gè)效應(yīng)早期發(fā)現(xiàn)史，和后期 Mpemba 再發(fā)現(xiàn)的故事－－尤其是后者，都是充滿戲劇性的寓言。寓意人們?cè)谂袛嗍裁词遣豢赡軙r(shí)，別過(guò)于倉(cāng)促。這一點(diǎn)，下面會(huì)說(shuō)到。

　　熱水比冷水更快結(jié)冰的現(xiàn)象通常叫「Mpemba 效應(yīng)」。無(wú)疑地，很多讀者對(duì)這一點(diǎn)很懷疑，因此，有必要先明確地指出，什么是 Mpemba 效應(yīng)。有兩個(gè)形狀一樣的杯，裝著相同體積的水，唯一的分別是水的溫度?，F(xiàn)在將兩杯水在相同的環(huán)境下冷卻。在某些條件下，初溫較高的水會(huì)先結(jié)冰，但并不是在任何情況下，都會(huì)這樣。例如，99.9° C 的熱水和 0.01° C 的冷水，這樣，冷水會(huì)先結(jié)冰。Mpemba 效應(yīng)并不是在任何的初始溫度、容器形狀、和冷卻條件下，都可看到。

　　這似乎是不可能的，不少敏銳的讀者可能已經(jīng)想出一個(gè)方法，去證明它不可能。這種證明通常是這樣的： 30° C 的水降溫至結(jié)冰要花 10 分鐘， 70° C 的水必須先花一段時(shí)間，降至 30° C，然之后再花 10 分鐘降溫至結(jié)冰。由于冷水必須做過(guò)的事，熱水也必須做，所以熱水結(jié)冰較慢。這種證明有錯(cuò)嗎？
　　這種證明錯(cuò)在，它暗中假設(shè)了水的結(jié)冰只受平均溫度影響。但事實(shí)上，除了平均溫度，其它因素也很重要。一杯初始溫度均勻，70° C 的水，冷卻到平均溫度為 30° C 的水，水已發(fā)生了改變，不同于那杯初始溫度均勻，30° C 的水。前者有較少質(zhì)量，溶解氣體和對(duì)流，造成溫度分布不均。這些因素亦會(huì)改變冰箱內(nèi)，容器周圍的環(huán)境。下面會(huì)分別考慮這四個(gè)因素。所以前面的那種證明是行不通的，事實(shí)上，Mpemba 效應(yīng)已在很多受控實(shí)驗(yàn)中觀察到 [5,7-14]。

　　這種現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)制，仍然沒(méi)有得確切的了解。雖然有很多可能的解釋已被提出過(guò)，但到目前為止，還沒(méi)有一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以清晰地顯示它的機(jī)制。如果有的話，這實(shí)驗(yàn)就十分重要了。你可能會(huì)聽(tīng)到有人很自信地說(shuō)，X 是 Mpemba 效應(yīng)的原因。這些說(shuō)法通常都是基于猜測(cè)，或只看著小量文獻(xiàn)的證據(jù)，而忽略其它。當(dāng)然，有根據(jù)地猜測(cè)，和選擇你信賴的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，是沒(méi)錯(cuò)的。問(wèn)題是，對(duì)于什么是 X，不同的人提出不同的說(shuō)法。

　　為什么現(xiàn)代科學(xué)不回答這個(gè)看起來(lái)很簡(jiǎn)單的結(jié)冰問(wèn)題？主要的問(wèn)題是，水結(jié)冰所花的時(shí)間的長(zhǎng)短，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的很多因素，都是很敏感的。例子容器的形狀和大小、冰箱的形狀和大小、水中氣體和其它雜質(zhì)、結(jié)冰時(shí)間的定義，等等。因?yàn)檫@種敏感性，即使有實(shí)驗(yàn)支持 Mpemba 效應(yīng)的存在，但不能支持在這些條件之外， Mpemba 效應(yīng)的發(fā)生和發(fā)生的原因。正如 Firth [7] 所講「這個(gè)問(wèn)題有太多的變量，以致任何從事這項(xiàng)研究的實(shí)驗(yàn)室，一定會(huì)得出和其它實(shí)驗(yàn)室不同的結(jié)果。」