日暮黃昏。的回答：姆潘巴现象（Mupainmubar effect），又名姆佩姆巴效应，指在同等体积、同等质量和同等冷却环境下，温度略高的液体比温度略低的液体先结冰的现象。 亚里士多德、培根和笛卡尔均曾以不同的方式描述过该现象，但是均未能引起广泛的注意。1963年，坦桑尼亚的马干巴中学三年级的学生姆潘巴经常与同学们一起做冰淇淋吃。在做的过程中，他们总是先把生牛奶煮沸，加入糖，等冷却后倒入冰格中，再放进冰箱冷冻。有一天，当姆潘巴做冰淇淋时，冰箱冷冻室内放冰格的空位已经所剩无几。为了抢占剩下的冰箱空位，姆潘巴只得急急忙忙把牛奶煮沸，放入糖，等不及冷却，就把滚烫的牛奶倒入冰格中，并送入冰箱。一个半小时后，姆潘巴发现了一个让他十分困惑的现象：他放入的热牛奶已经结成冰，而其他同学放的冷牛奶还是很稠的液体。照理说，水温越低，结冰的速度越快，而牛奶中含有大量的水，应该是冷牛奶比热牛奶结冰速度快才对，但事实怎么会颠倒过来了？姆潘巴把这个疑惑从初中带到了高中。他先后请教了几个物理老师，都没有得到答案。一位老师感觉他提出的问题怪异得近乎荒唐，就用嘲讽的口吻说：你说的这些就叫做姆潘巴现象吧！但执着的姆潘巴并没有认为自己的问题很荒唐，他抓住达累斯萨拉姆大学物理系系主任奥斯波恩博士到他们学校访问的机会，又提出了自己的疑问。这位博士并没有对他的问题嗤之以鼻。回到实验室后，博士按照姆潘巴的陈述做了冷热牛奶实验和冷热水物理实验，结果都观察到了姆潘巴所描述的颠覆常识的怪现象。于是，他邀请姆潘巴和他一起对这个现象进行了深入研究。1969年，他和丹尼斯·奥斯伯恩博士（Denis G. Osborne）共同撰写了关于此现象的一篇论文，因此该现象便以其名字命名。 “姆潘巴现象”真的能颠覆我们以往关于水结冰的常识吗？四十多年来，许多论文与实验试图证实这个现象背后的原理，但由于缺乏科学实验数据以及定量分析，至今没有定论。 难以解释的现象 最先肯定“姆潘巴现象”存在的那位博士在对其进行细致研究过程中发现，当把热水放入电冰箱冷却的最初时刻，热水水体的上表面与底部不存在温度差，但一经急剧冷却，温度差就立即出现，其中初温为70℃的热水内产生的高低温度差接近14℃，而初温为47℃的热水内产生的高低温度差只有10℃。这说明在冻结前的降温过程中，较热的液体的温度差在一段时间里大于相对较冷的液体的温度差。但为什么温差大的水要先冻结呢？这只能有一种解释比较合理，那就是水体上表面的温度愈高，从上表面散发的热量就愈多，因而降温就愈快，冻结也就愈快。这便是热牛奶比冷牛奶先结冰的秘密。 但后来其他研究人员的实验和上面的实验结果就不大相同了。有研究人员用纯净水反复做了类似实验，结果始终没有发现“姆潘巴现象”。还有对此感兴趣的研究者通过实验证实，只有当冰箱内有显著温差、或牛奶含糖量不同、或糖没有溶解、或做冰淇淋的液体中含有较多淀粉等非液体成分时，“姆潘巴现象”才会出现。这就是说“姆潘巴现象”是个别现象，其所包含的物理现象并不能否定我们的常识。 硬物作怪 最近 , 美国华盛顿大学的乔纳森?卡茨通过对姆潘巴现象的深人研究 , 捉到了隐藏其中的鬼怪 。他证实 , 这种现象不但 真实存在 , 而且造成这种现象发生的鬼怪 也是真实存在的。 不过 , 这其中的鬼怪只是隐藏在水里面的一些寻常 " 硬物"。 在破解姆潘巴现象的过程中 , 卡茨把目光盯在了水上。 我们知道 , 水在加热过程中 , 一些隐藏在水里的易溶硬物 ——碳酸钙和碳酸镜等碳酸盐会 被驱逐出去 , 形成沉淀物。我们日常生活中常见的附在水壶 内壁上的水垢 , 就是它们被驱出去的证据。而水在达到沸点以后 , 就会因硬物被绝大部分清除而软化。卡茨发现 , 同样是冷冻结冰 , 未经加热的硬水 在结冰过程中 , 由于其内部硬物作祟 , 使得硬水的冰点要比被加热后的软水冰点低一些 , 这就减缓了硬水结冰的速度。这一 原理就如同下雪后向路面撒盐会防止结冰一样 , 盐的混入 , 会使雪的冰点降低 , 这样 , 雪结冰的过程就拉长了。 但仅凭这个发现还不能直接破解姆潘巴现象, 因为姆潘巴的同学们在做冰棋淋的过程 中 , 都先把生牛奶煮熟了。那为 什么姆潘巴的热牛奶会先冻结 呢 ? 卡茨发现 , 原因还是出在水里的硬物上 : 为了吃到可口的冰漠淋 , 他们都在牛奶里加了糖 , 而糖实际上会使牛奶液体变硬。但同样是煮熟、加糖的牛奶 , 热牛奶液体的硬度实际要比冷牛奶的硬度要低一点 , 这个硬度的差异造成了它们冰点的差异 , 硬度较高的冷牛奶冰点相对要低些。这样 , 冰点略高的热牛奶自然要比冰点略低的冷牛奶要 先结冰了。 当然 , 还有另外一个原因能够降低低温水的结冰速度 , 因为实验证明 , 热量从水中流失的速度取决于温差 , 就是说在同样的低温环境里 , 温度相对较高的水比温度相对较低的水散热速度要快一些。换成牛奶 , 道理也是一 样。 那么为什么在众多实验中 , 姆潘巴现象不会每次都出现 ? 卡茨认为 , 原因就在于试验者一开始用的就是软水。用同样的软水来做冷热实验 , 由于水的冰点都一样 , 而且散热速度的快慢对结冰速度的影响很微弱 , 所以 姆潘巴现象就不那么显而易 见了。 有科学家指出 , 卡茨的发现很可能不是姆潘巴现象的终极答案 , 但和目前现有的各种答案相比 , 这个答案还是最有说服力的。 |
