长久以来,一直流传着热水比冷水结冰更快的言论,甚至也有许多人用生活经验、实验证实了这一结论。此现象被称为姆潘巴效应,源自1963年坦桑尼亚的一位重新发现这一现象的中学学生姆潘巴。然而,基本的姆潘巴效应是违反热力学第一定律的,那么又是什原因让人们观察到了这种神奇的现象?从系统研究这一现象开始,已经过去60年,至今仍无完美答案。
13岁的伊拉斯托·姆潘巴在高中时观察到,如果把牛奶和糖的混合物在热的时候放在冰箱里,它凝固得更快。这是发生在1963年坦桑尼亚的故事。当姆潘巴继续研究他的发现时,他的物理老师告诉他这是无稽之谈。另一方面,当地街头的冰激凌摊贩对姆潘巴的观察结果非常熟悉。
几年后,著名的英国物理学教授和外交官丹尼斯·奥斯本访问了姆潘巴的学校并做了演讲。
在讲座后的问答环节中,年轻的姆潘巴再次提到了他的发现,但依然受到他的老师和周围同学们的嘲笑。然而这位杰出的外交官对此产生了兴趣,在返回达累斯萨拉姆后进行了实验——他没有用冰激凌,而是用水。最终,他们二人于1969年在《物理教育》杂志上发表了文章。姆潘巴最终被证明是正确的!这篇由姆潘巴和奥斯本共同撰写的文章非常易读,已经成为经典之作。
如今,热水比冷水更快冻结的现象被称为姆潘巴效应。然而,这个观点的历史可以追溯到比1960年代更久远的时期。公元前四世纪,亚里士多德在他的气象学著作中写道:如果水事先被加热,这有助于它快速冻结的过程:因为它冷却得更快。17世纪初,弗朗西斯·培根首次阐述了通过观察和推理来获得科学知识和洞察力的方法。在他的《新工具论》著作中,他写道:“稍微加热的水比完全冷却的水更容易冻结”。
在姆潘巴和奥斯本的1969年文章发表之后的几十年里,人们对姆潘巴效应进行了很多实验。有时观察到了这个效应,有时则没有。不同的研究者使用不同的实验设置,很少有人试图完全重现别人的结果。在水的冷冻过程中涉及了许多变量,报告中缺乏适当的细节以及对可重复性的严肃强调,最终导致姆潘巴效应的谬误持续了很长时间,比它本来应该流行的时间更长。
2012年,英国皇家化学学会组织了一场竞赛,奖金为1000英镑,用于寻找最佳的姆潘巴效应解释。学会共收到了22,000份参赛作品,并且姆潘巴本人也出席了颁奖典礼。扎格勒布大学的尼古拉·布雷戈维奇最终获胜。在得奖的文章中,布雷戈维奇描述了自己的实验,并将分析范围限制在基本热力学框架内。他指出四个可能有重要意义的因素:蒸发、溶解气体、对流和过冷。
布雷戈维奇认为过冷是最重要的因素,并在结论中引用了布朗里奇的文章:“只有当较冷的水过冷时,较热的水才会在较冷的水之前结冰,而且只有当较冷水的成核温度比较热水低几度时才会发生。加热水可能降低、升高或不改变自然的结冰温度”。