你知道姆潘巴效应吗？热水其实比冷水结冰更快

2021年10月23日星期六

你知道姆潘巴效应吗？热水其实比冷水结冰更快

姆潘巴效应指的是在适当情况下，热水会比冷水更快结冰。这个听上去就完全无法成立的现象自几个世纪前开始就一直困扰着科学家。近日，一组西班牙物理学家研究了这个”悖论”的发生条件和背后原理——答案藏在不断运动的分子当中。

尽管几个世纪以来许多科学家和自然哲学家（包括勒内·笛卡尔和弗朗西斯·培根）都注意到了姆彭巴效应，但科学家直到1960年代才对其进行了现代研究。当时一位名叫 Erasto Mpemba的坦桑尼亚少年与物理学家证实了这种效应的存在。从那时起，人们进行了各种猜测：温水的蒸发可以更有效地带走热量，或者流体中的异常流动，甚至是过冷，在这种情况下，水的温度在变成冰之前远低于零。直到2016年发布的一项研究，都仍然认为无法找到姆潘巴效应背后的原因。

传统观点认为，每个烧杯水结冰所需的时间仅取决于其初始温度。温度越高的水中的粒子移动得越快，这意味着它们的速度越慢——所以液体越热，它需要的时间越长。然而在这项最新研究当中，西班牙研究人员发现，温度并不是影响结冰的唯一因素。

研究人员打了个比喻：如果水粒子就像蚂蚁在巢穴中奔跑，那么整个流体的温度对应于它们的平均速度。因此，所有蚂蚁都以每小时50米的速度行走的巢穴看起来与一半蚂蚁以50米、四分之一以75米冲刺、最后四分之一以25米磨蹭的巢穴看起来相同。然而，异常值的数量（特别慢或特别快的蚂蚁）在决定冷却速度方面起着关键作用。这种与平均值的偏差程度，统计学家称为”峰度”的属性，在早期的研究中被忽略，这可能是姆潘巴效应重现性差的原因。

综上所述，当条件恰到好处时，即如果热水温度比冷水温度热得恰到好处，而且其分子足够任性以产生高的峰度的时候，模型模拟显示，较热的样本将比较冷的样本冷却得更快。事实上，研究人员不仅发现最热的能更快地冷却，而且还发现了相反的效果：最冷的能更快地加热，这将被称为逆姆潘巴效应。