●李論科學(xué) 文 小琪 編

在科學(xué)發(fā)展中，我們已經(jīng)無(wú)數(shù)次地感受到了大自然的神奇，天下之大無(wú)奇不有！人類的有些認(rèn)知是通過(guò)對(duì)事物簡(jiǎn)單的現(xiàn)象總結(jié)得出的科學(xué)理論。

而有些科學(xué)理論可不是這樣的，因?yàn)楹芏嗾胬矶茧[藏在表象之后，且與我們的直覺(jué)相違背。比方說(shuō)，如果我問(wèn)你，一杯70℃的水和一杯30℃的水，把它們同時(shí)放到冰箱，哪個(gè)能更快地凍結(jié)？根據(jù)我們以往的常識(shí)，這可能就是一句廢話，肯定是30℃的水更快結(jié)冰。

原因很簡(jiǎn)單，把溫度的下降過(guò)程比作路徑，70℃距離冰點(diǎn)肯定路程更長(zhǎng)，因此結(jié)冰更慢?？墒谴笞匀徊⒎悄敲磫渭?，很多神奇的現(xiàn)象背后總是隱藏著讓人瞠目結(jié)舌的真理。

這是公元前就存在的疑惑

關(guān)于這個(gè)看似不是問(wèn)題的問(wèn)題，其實(shí)人類很早就研究過(guò)，而且發(fā)現(xiàn)了一些不尋常的事。最早關(guān)于冷熱水哪個(gè)冷卻更快的記載可以追溯到古希臘的亞里士多德。

他在公元前4世紀(jì)的時(shí)候就發(fā)現(xiàn)熱水比冷水結(jié)冰更快，在這之后的哲學(xué)家、物理學(xué)家，如弗朗西斯·培根和勒內(nèi)·笛卡爾，也發(fā)現(xiàn)了這種反常的現(xiàn)象。

但以當(dāng)時(shí)人們的學(xué)識(shí)無(wú)法解釋這種現(xiàn)象，更無(wú)法做出具有說(shuō)服力的實(shí)驗(yàn)，所以對(duì)這一問(wèn)題只有一些傳言和記載，并沒(méi)有得到當(dāng)時(shí)科學(xué)界的重視。

而這一問(wèn)題重新回到人們的視野、被科學(xué)家討論已經(jīng)是1963年，而且起因是一個(gè)13歲的中學(xué)生上課時(shí)無(wú)意中的發(fā)現(xiàn)。

這名學(xué)生名叫埃拉斯托·姆潘巴，來(lái)自坦桑尼亞。在一節(jié)課上老師讓學(xué)生們自己動(dòng)手制作冰淇淋，由于姆潘巴擔(dān)心冰箱的位置被其他學(xué)生占滿，沒(méi)等熱牛奶冷卻就放進(jìn)了冰箱。當(dāng)他過(guò)了一段時(shí)間再次檢查自己的冰淇淋時(shí)，卻意外地發(fā)現(xiàn)自己的冰淇淋竟然比其他同學(xué)的冷卻得更快，率先凍結(jié)。

當(dāng)時(shí)老師無(wú)法給出這一現(xiàn)象的解釋，因此，在物理學(xué)家丹尼斯·奧斯本訪問(wèn)該校并讓學(xué)生提問(wèn)的時(shí)候姆潘巴就借機(jī)問(wèn)了教授。

丹尼斯·奧斯本給出的答復(fù)是，我們發(fā)現(xiàn)過(guò)這種現(xiàn)象，具體情況不清楚，等我返回實(shí)驗(yàn)室會(huì)親自做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。同年他們兩人就此現(xiàn)象共同發(fā)表了一篇論文。這個(gè)反常的現(xiàn)象再次被人們熟知，也引起了科學(xué)家的興趣。

但是問(wèn)題是有些科學(xué)家能夠通過(guò)同樣的實(shí)驗(yàn)得出相同的結(jié)果，有些卻不能，因此這個(gè)現(xiàn)象就成為了一個(gè)被討論至今的懸案。

到底存不存在這種現(xiàn)象也一直沒(méi)有定論，因?yàn)榭茖W(xué)界認(rèn)為這一現(xiàn)象的很多細(xì)節(jié)無(wú)法把控，例如水中的雜質(zhì)會(huì)影響水結(jié)冰的速度，而且還會(huì)影響水的冰點(diǎn)。最重要的是結(jié)冰這個(gè)最終結(jié)果如何去界定，到底是誰(shuí)先達(dá)到0℃，還是誰(shuí)先開(kāi)始凍結(jié)，還是誰(shuí)先完全凍結(jié)？

這些不確定因素導(dǎo)致很多人得出來(lái)的結(jié)論不一致，實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶有很強(qiáng)的主觀性。所以科學(xué)家一致認(rèn)為姆潘巴效應(yīng)在實(shí)驗(yàn)上無(wú)法得到很好的證實(shí)。

熱水凍結(jié)快于冷水

新發(fā)現(xiàn)解決這一問(wèn)題

不過(guò)，2020年8月5日，一篇發(fā)表在《自然》雜志上的論文《在膠體系統(tǒng)中更快的指數(shù)冷卻》解決了這個(gè)問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)研究人員最開(kāi)始是想知道和水分子大小相近的玻璃珠（1.5微米）在水中是如何運(yùn)動(dòng)的，他們將不同溫度的玻璃珠放在水中，用激光照射玻璃珠，觀察玻璃珠在水中的運(yùn)動(dòng)情況，測(cè)量其溫度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溫度更高的玻璃珠在水中冷卻速度更快，并且是指數(shù)級(jí)的下降速度。在1000次實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家觀察了不同溫度的玻璃珠，以及不同的水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是一致的。

通常情況下熱一點(diǎn)的珠子大約2毫秒就可以降至環(huán)境溫度，但是溫度稍低的珠子要想達(dá)到環(huán)境溫度必須花費(fèi)10倍的時(shí)間。

科學(xué)家認(rèn)為這很好地證實(shí)了姆潘巴效應(yīng)，而且不僅僅是水和玻璃珠，在其他的材料上也會(huì)看到這種現(xiàn)象，由此推出，在大自然中這種現(xiàn)象也應(yīng)該十分普遍。

實(shí)驗(yàn)也說(shuō)明了從高溫到低溫的冷卻過(guò)程可能存在不同的路徑，而高溫物體往往會(huì)走捷徑，能夠快速地達(dá)到環(huán)境溫度。

這次實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃C實(shí)姆潘巴效應(yīng)的原因在于，通過(guò)對(duì)玻璃珠溫度的直接測(cè)定，排除了如何判定水凍結(jié)這個(gè)充滿不確定性的因素，因此很好地證明了這個(gè)現(xiàn)象的存在。