為什麼80℃的水會比10℃的水結冰更快呢？

這個標題看起來有點反常識，為什麼高溫的水會比低溫的水結冰更快呢？這似乎不符合我們的認知，水結冰的溫度是0℃，10℃與0℃的距離可比80℃與0℃的距離近多了。這或許就是彎道超車吧。高溫的水比低溫的水結冰更快，這種效應叫做姆潘巴現象。

姆潘巴是發現這個效應的一個中學生，讓我們一起來看看他的發現故事吧。

姆潘巴和冰激凌的故事

1963年，坦尚尼亞一名初三的學生姆潘巴和同學要一起做冰激凌吃。他們製作冰激凌的步驟是先將生牛奶煮沸、加入糖、等待冷卻、放入冰箱。有一次冰箱的空位告缺，姆潘巴和他的同學想搶到最後的位置放入冰格。

於是，姆潘巴的同學直接將生牛奶加糖就放入冰箱；姆潘巴則急急忙忙把牛奶煮沸之後加入糖也直接就放入了冰箱。

一個半小時以後，姆潘巴發現他的冰激凌已經開始結冰成型了，而他同學的冰格裡還是濃稠的牛奶。就這樣，這個有點奇怪的效應就被人類發現了。

剛開始姆潘巴覺得很奇怪，還去問他的物理老師，但是他的老師堅信是姆潘巴自己哪裡產生了錯誤，高溫的液體不可能比低溫的液體結冰更快。

直到後來，一次機緣巧合，姆潘巴把他的疑問提交給了一位物理學家，實驗證明了姆潘巴的話。

事實上，姆潘巴並不是第一個發現這個現象的人，早在很多很多年前，亞里斯多德、培根和笛卡爾就都曾經說明過這種現象的存在了。

現象產生的原因

對於這個現象其實有很多個解釋，但是事實上並沒有哪個解釋被證明是正確的，不過我們一起來看看可能產生這個現象的原因吧。

第一個是蒸發，熱水由於溫度高會將部分水蒸發掉，因此原有的水的質量就減少了，因此更容易結冰。

第二個解釋是氣體的溶解，熱水能夠留住部分的溶解氣體，而溶解氣體很可能會改變水的性質，比如水的沸點，或者結冰時所需要的熱量。

第三個解釋是對流，是因為在冷卻的時候，溫度的分布是不均勻的，因此水可能會形成對流。而溫度高的水會比溫度低的水失熱更快。

第四個解釋是分子的大小，因為結冰的過程需要水的分子團凝結在一起，因此小分子的水更容易聚集在一起，相互滲透。而熱水中的水分子團比冷水中的水分子團小得多。

最後一個周圍環境的影響，也就是當它們所處的環境比較特別時，溫度較高的水會以複雜的方式改變它周圍的環境，從而讓冷卻的速度提高。

最新的研究

根據我們傳統的觀點，我們認為高溫的水結冰必先首先降低到低溫的水平，因此高溫的水冷卻往往需要更長的時間。但在有的情況下，這種說法是說不通的。對於一個不處於熱平衡狀態的系統來說，物體的行為不僅僅以溫度為特徵的，忽略其它的勢能而單一地用溫度來衡量是過於片面的。

也就是說，在一個非熱平衡的系統當中，從熱到冷有多條可行的途徑，而不是只能從熱到冷。比如從勢能的角度來看，溫度更高的水可能更容易能夠排列組合成與低溫水匹配的結構。

就像爬山一樣，有的人雖然看似離山頂很遠，但如果他能夠更快地翻過一座山，他反而會更快到達終點。

小結

拋開我們的定勢思維，很多看似不可能正確的事情卻恰恰是正確的。為什麼高溫的水比低溫的水結冰更快，這個問題非常的反常識，但是如果你自己去進行實驗的話，你會發現這是真的。這種情況產生的結果在科學界並沒有給出一個統一的定論，但是很有可能是由於蒸發、對流、氣體溶解、分子大小和周圍環境所導致的。

最新的一個研究也表明，在一個非熱平衡的系統中用溫度去衡量物體往往是錯誤的，而要用勢能來比較。因此從熱到冷的途徑是非常多的。

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