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热水结冰快,这是真的吗?

科普小知识 2022-08-03 13:55:23
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(这是翻译。原文发表在化学世界上,这是一个由皇家化学学会赞助的网站。原作者是艾玛·斯托耶。我翻译了它,并在文章末尾附上了原文的链接。”。以下是许多人感兴趣的Mpamba效应的简介。然而,科学界对于这种现象是否存在以及原因仍有争议。

姆潘巴效应:对还是错?

如果你把热水和冷水同时放入冰箱,热水(据说)会在更短的时间内结冰。这与科学告诉我们应该发生的事情正好相反。这是一种被称为“姆彭巴效应”的奇怪现象——50年来,它一直是科学争论的核心。

Mpamba效应是如何产生的?

这种效应是以它的发现者伊拉斯托·姆彭巴的名字命名的,他在20世纪60年代还只有十几岁的时候就在坦桑尼亚学习。在烹饪课上,他学会了做冰淇淋。首先,他必须在炉子上加热糖和牛奶的混合物,然后等混合物冷却后再放进冰箱。姆巴姆巴发现了一些奇怪的事情:当他把热混合物直接放进冰箱时,冰淇淋完成得更快。

出于好奇,他用水做了一个类似的实验。他发现,像冰淇淋一样,热水似乎比冷水冻结的时间更短。

男孩问物理学家丹尼斯·奥斯本为什么会这样。老师和他的同学嘲笑他,但是奥斯本同意帮助他在实验室条件下进行类似的实验。结果,奥斯本证实了姆潘巴的最初发现,并于1969年共同发表了一篇论文。

这是个好故事,这种现象是真的吗?

事实上,科学家们无法就这种现象是否存在达成共识,更不用说其可能的原因了。

姆彭巴和奥斯本的论文记录了热水和冷水在冻结时间上的巨大差异,没有其他实验能够成功地再现这一点。然而,来自许多领域的科学家表示,他们已经观察到了这一现象,多年来,这一直被视为一种科学现象。2012年,皇家化学学会发起了一场公开竞赛,让参与者解释姆潘巴效应。研究人员和公众对这一现象的兴趣达到了顶峰。

然而,“不”阵营也进行了反击。剑桥大学的亨利·伯里奇和保罗·林登合著的一篇论文总结道,“没有任何有意义的观察能够支持姆潘巴效应”。他们认为人们声称观察到的事实上是由不准确的测量造成的。

这篇论文的结论也颇有争议,许多科学家不愿意放弃他们对这种效应的信念。

为什么我们不知道谁是对的?

这种影响比你想象的更难衡量。即使在完全相同的条件下,Mpamba效应实验也能产生不同的结果。

等一下。这不是水的结冰吗?真的有那么复杂吗?

是的,科学总是复杂的。一个问题是,许多人的辩论都是关于定义的——例如,当我们说“冰冻结得更快”时,我们是指达到冰点的时间,完全冻结所需的时间,还是指两者之间的时间点?

伯里奇和林登的论文关注的是水样达到0℃的时间。其他人说从水到冰的相变是这种效应的重要部分,你必须测量时间直到它完全冻结。

水是一种奇怪的物质。当它结冰时,许多事情都会发生。冰晶体的成核、过冷和蒸发都是影响冷热水性能的因素。似乎由于许多变量的影响,实验技术的细微变化会导致非常不同的观察结果。影响这一现象的条件似乎很难控制。

一项新的研究表明,这种现象可能受到峰度的影响,峰度是一个描述水粒子动能的参数。峰度受实验前样本处理方式的影响。研究人员指出,这可以解释测量中的一些争议。

这真的很重要吗?

伯里奇和林登指出,如果Mpamba效应是一种可靠的、可重复的和可测量的效应,那么它将对一些工业过程产生潜在的影响(例如,生产冰淇淋的过程?)

然而,既然人们现在不能就这种现象的存在达成共识,它也不能在这方面得到发展——只要关于这种效应还有一个谜,科学家就会继续寻找解释。