科學家揭開熱水凍結速度超過冷水之謎

據英國《新科學家》雜誌報道,有時候,熱水的凍結速度反而會超過冷水,這種怪異的現象困擾了幾代科學家。經過數百次實驗,紐約州立大學賓厄姆頓分校負責輻射安全的官員詹姆斯·布朗裡奇最終發現證據,證明這種現象可能與水中雜亂無章的雜質有關。

熱水快速凍結現象被稱之為「姆佩巴效應」,以坦桑尼亞學生埃拉斯托·姆佩巴的名字命名。對於姆佩巴效應,物理學家曾提出幾種可能的假設,其中包括水分更快蒸發導致熱水體積變小,一層霜隔絕了溫度更低的水以及溶質濃度存在差異。但任何一種解釋都很難讓人信服,因為這種效應並不可靠,冷水凍結速度往往還是超過熱水。

布朗裡奇認為,雜亂無章的雜質才是導致熱水更快速凍結的關鍵因素。過去10年時間裡,他利用空閒時間進行了數百次有關姆佩巴效應的實驗,最終發現這種效應基於不穩定過度冷卻現象的證據。

布朗裡奇對兩個同樣溫度的水樣——20攝氏度的自來水——進行了實驗。他把水樣裝入試管,而後放入冰箱中冷凍。由於雜質的隨機混合導致其擁有更高凍結點,其中一個水樣將首先凍結。如果這種差異足夠大,姆佩巴效應便會出現。布朗裡奇選擇自然凍結點更高的水樣,並將其加熱到80攝氏度,另一個則只加熱到室溫,而後將試管放回冰箱。他表示,如果熱水凍結點至少高出5攝氏度,其凍結速度往往會超過冷水。