今天我們討論一個違反常識得科學悖論，如果有人問你：「熱水和冷水哪個結冰更快？」你很有可能選擇冷水。這乍看沒有問題，這是我們的生活常識啊，但是真理往往都善於隱藏自己，如果你真選擇了冷水，那麼你可能會像1963年發生的事情所證明的那樣，面臨一個巨大的驚喜。
1963年，一名來自坦尚尼亞的13歲馬根巴中學學生埃拉斯託·姆潘巴無意中發現了熱液體的怪異行為，以及它與冷液體相比的凍結行為。這一發現重新點燃了許多科學家困惑已久的古老現象，所以這也是你馬上會看到的巨大驚喜！
姆潘巴效應的發現史
1963年，在上完一節關於冰淇淋製作的烹飪課後，姆潘巴趕在其他學生之前把他新做的冰淇淋放進了冰箱，並佔據了所有可用的空間。匆忙中，他沒有讓熱牛奶冷卻下來，就把一杯冰淇淋放進了冰箱。
當檢查他的冰淇淋時，姆潘巴驚奇地發現，他的冰淇淋比其他放涼冰淇淋的人凍結得早。當姆潘巴把這件事告訴他的同學和老師時，他們一笑置之，說他一定是弄錯了，但姆潘巴笑到了最後。用姆潘巴的話說：
當奧斯本博士訪問我們學校時，我們被允許問他一些問題，主要是物理方面的。我問:「如果你拿兩個體積相同的容器，一個在35°C，另一個在100°C，把它們放進冰箱，一個從100°C開始的先結冰。他先是笑了笑，讓我重複這個問題。我重複了一遍後，他說:「這是真的嗎?你做過嗎?」我說:「是的。」然後他說:「我不知道，但我保證，當我回到三蘭港時，我會嘗試這個實驗。
來訪的物理學家丹尼斯·奧斯本教授(博士)對姆潘巴的觀察很感興趣，並在實驗室進行了測試。1969年，兩人發表了一篇論文，名為《庫拉論文》，作者是伊拉斯託·姆潘巴和丹尼斯·奧斯本。姆潘巴並不是第一個注意到這種現象的人，亞里斯多德在公元4世紀首次發現了這一現象，熱水比冷水結冰得快。後來，弗朗西斯·培根和勒內·笛卡爾等其他科學家也觀察到了同樣的現象。
許多人提出了他們的解釋，為什麼熱水不應該比冷水凍結得更快。其中之一是假設水分別在30°C和70°C同時開始冷卻。30°C的水可能需要10分鐘才能結冰，而溫度較高的鄰居則從70°C開始結冰。70°C的水需要更長的時間冷卻到30°C，然後再花10分鐘(與30°C的水相同的時間)結冰。這是符合邏輯常理的。
上面的這個假設中只考慮了水的一個性質：它的溫度。
它否定了除溫度之外可能還有其他因素的事實。如果70°C的水在冷卻到30°C時發生其他變化怎麼辦？有一種可能性或趨勢是質量受到影響（質量較小），對流產生不均勻的溫度分布，甚至水的溶解氣體減少。
一種效果不同的結果
由於水的性質，一個看似簡單的現象花了很長時間才得到解釋。有很多細節會影響水的結冰方式，這些細節可能會改變很多實驗設置。這些包括水中的雜質和氣體含量，容器和製冷裝置中水的大小和形狀，凍結時間圖等。
雖然許多科學家的實驗已經證明了姆潘巴效應的存在，但是對於產生這種效應的條件卻存在著分歧。
姆潘巴效應理論的解釋
沒有一種機制可以解釋姆潘巴現象在所有情況下的存在。因此，下面列出的一些機制解釋了發生姆潘巴效應的條件。
蒸發:當溫水失去溫度達到一個較低的溫度(在上面的假設中從70°C到30°C)時，由於蒸發，有相當大的水分損失。這種水的快速流失使得水的質量降低，因此凍結速度加快，儘管與較冷的水相比，冰更少。當蒸發是解釋姆潘巴效應的唯一標準時，這種解釋是很好的。但是如果實驗是在一個封閉的容器中進行的，蒸發造成的質量損失為零，那麼它就不會有質量損失。溶解氣體:熱水中溶解氣體較少，因為它在沸騰過程中逸出。這一性質的溫水被認為是使對流更容易發展，導致更快的冷卻溫水。冷凍單位質量的水所需的熱量會減少。對流:有一種現象稱為「熱頂」。這是由於水冷卻時對流造成的水的溫度不均勻。密度和溫度之間的關係是這樣的，溫度的升高導致水的密度降低。這就產生了熱頂部的現象，即水的頂部比底部更熱。溫水的冷卻速度比冷水的冷卻速度快，但由於它的頂部很熱，它比最初的冷水損失更多的熱量。熱水在冷水之前結冰的例子有很多，但產生這種效果的原因或環境具有普遍約束力。
讓我們回到現在，在2012年，英國皇家化學學會決定向科學家們徵集解釋。他們給任何能夠對姆潘巴效應做出最佳創造性解釋的個人或團體開出1000英鎊的現金價格。全世界有22000名科學家參賽。最後，名單被縮減到11人。2013年1月10日，宣布了獲勝者。
獲勝者是薩格勒布大學化學系克羅埃西亞研究員尼古拉·布雷戈維奇
因為他做了其他21000多個人沒有做的事。他認為對流是解釋姆潘巴效應的驅動力。溫暖水中的對流使熱量分布均勻，問題到這裡並沒有解決。
姆潘巴效應的解決
新加坡的一些科學家在2013年10月發表了一篇文章，聲稱已經「解決」了這個問題。他們說這個問題的解決方案是水分子的鍵。水分子由兩個小氫原子和一個大氧原子組成。但是分子越多，氫鍵的作用就越明顯。由於水的氫鍵作用，它的沸點比其他分子結構相似的液體要高。
新加坡的一位科學家提出，是水的氫鍵使得植物在葉子上蒸發時很容易通過毛細血管吸收水分，正是這種氫鍵將水分子拉近。分子的拉伸形成了一個共價鍵O-H，它儲存能量。請注意這裡；隨著液體溫度升高，水的密度降低，分子間的距離變寬。
這個拉伸的氫鍵導致一個更小更放鬆的共價鍵，這使得它們釋放一些能量。當共價鍵釋放能量時，就像冷卻一樣。理論上，溫水比冷水冷卻得更快。有計算表明，大量的共價鍵弛豫導致了冷水和熱水之間的快速冷卻時間差。
這是一個很有說服力的解釋，但是，這並不能完美的解釋為什麼熱水比冷水結冰更快這一科學悖論。目前所有的敘述都較為籠統，且含有大量的數學計算，所以不能讓很多人信服。但是姆潘巴效應得到了大量的實驗證實，這一點毋庸置疑。
我們要像像姆潘巴一樣，我們永遠不應該停止提問和學習。誰知道你會不會是下一個發現異常物理學的人，它會把你推入物理學名人堂。