热水和凉水同时放冰箱里,哪个更容易结冰?提出这个问题的是坦桑尼亚的中学生姆彭巴。

温水煮青蛙效应 热水比凉水先结冰(1)

1963 年,姆彭巴在坦桑尼亚的一所中学读中三时,曾经用牛奶做过冰淇淋。那时学校里的男孩们通过煮沸牛奶,再与糖混合,等到这些热牛奶最先冷却到接近室温后,才能把它放进冰箱的冷冻室,很多男孩都是这样做的。因为我们经常听说:把热的东西放进冰箱对冰箱不好。有一天,姆彭巴从当地妇女那里买来牛奶,就开始煮它。另一个男孩也买了一些牛奶做冰淇淋,看到姆彭巴在煮牛奶,男孩跑到冰箱前,赶紧把他的牛奶和糖混合,没有煮就倒进冰盘里,以免冰箱里没空位了。

姆彭巴很清楚,如果他等煮沸的牛奶冷却后再放冰箱里,那么他将得不到最后一个可用的冰盘,于是他决定冒着毁坏冰箱的风险,将热牛奶放入冰箱。一个半小时后,另一个男孩和姆彭巴回去,发现姆彭巴的牛奶已经冻成了冰淇淋,而另一个男孩的仍然只是粘稠的液体,还没有冷冻。于是姆彭巴问他的物理老师为什么会这样,老师给的答案是“你很困惑,这不可能发生”。姆彭巴只能相信了他的回答。

温水煮青蛙效应 热水比凉水先结冰(2)

姆彭巴效应验证试验:热水(左)与凉水(右)几乎同时结冰

在接下来的假期里,姆彭巴遇到一个朋友,他在坦噶镇做厨师,曾经制作和销售冰淇淋。姆彭巴问他需要准备多久,他回答说:“我只是用糖煮牛奶,再加入菠萝南瓜,然后趁热把它们放入冰箱,冰淇淋很快就做好了。” 姆彭巴追问到:“谁让你想到把热的液体放进冰箱的?”厨师朋友说:“过去五年我的哥哥一直在做冰淇淋,他告诉我那样做会更快。”这让姆彭巴想起了自己在做冰淇淋时发生的那件事。随后姆彭巴又在坦噶镇另一个卖冰淇淋的年轻人那里得到了同样的答案——用热牛奶做冰淇淋会更快地结冰。不过姆彭巴没有费心重复制作冰淇淋并对比。

后来姆彭巴考上高中,接触的第一个物理主题是热度。有一天,当老师教他们牛顿冷却定律时,他又向老师提出这个问题:“请问老师,为什么当把热牛奶和冷牛奶同时放入冰箱时,热牛奶先结冰?” 老师回答:“我不这么认为。” 姆彭巴继续说:“这是真的,老师,我自己做的”,但是老师回答说:“我能给出的答案是,你很困惑。” 于是姆彭巴就和老师一直在争论这个问题,老师给他最后的答案是:“好吧,我只能说那是姆彭巴物理学,而不是宇宙物理学。” 从那时起,如果他在查找对数时犯了一个错误而不能解决问题,这位老师就说:“那是姆彭巴数学。”全班学生也跟着有样学样,每当他做错了什么时,不管是什么,大家都会对他说:“那是姆彭巴的什么什么。”

温水煮青蛙效应 热水比凉水先结冰(3)

姆彭巴效应验证试验:热水(左)与凉水(右)几乎同时结冰,热水结的冰多一些

然后一天下午,姆彭巴发现生物实验室开着,没有老师。他趁机拿了两个 50 毫升的烧杯,一个装满了水龙头里的冷水,另一个装满了锅炉里的热水,然后迅速将它们放入实验室冰箱的冷冻室中。一个小时后,他回来查看,发现并不是所有的水都变成了冰,而是开始用热水的烧杯里的冰更多。但是这并不是姆彭巴想要的真正的结论。所以,他打算有机会再试一次。

当奥斯本博士访问姆彭巴的高中时,他们被允许问博士一些物理方面的问题。于是姆彭巴问:“如果拿两个装有等量水的相同容器,一个 35 摄氏度,另一个 100 摄氏度,然后将它们放入冰箱,初始温度是100摄氏度的那个先结冰,为什么?”奥斯本博士先是笑了笑,让姆彭巴重复这个问题。之后博士回答:“是真的吗,你做到了吗?”姆彭巴明确说做到了,然后博士说:“我不知道,但我保证在我回去后会尝试这个实验。”第二天,姆彭巴的同学对他说:“你问的这个问题让大家感到羞耻,因为你的目的是问奥斯本博士一个根本无法回答的问题”。也有人对他说:“姆彭巴,你了解牛顿冷却定律的内容吗?”姆彭巴告诉他们:“理论不同于实践。”这时又有人嘲讽到:“我们并不奇怪,因为那是姆彭巴物理学。”

温水煮青蛙效应 热水比凉水先结冰(4)

于是姆彭巴请求学校厨房工作人员允许他使用冰箱做一个星期的完整实验。心里没底的姆彭巴害怕他的试验会失败了,再想起当天向奥斯本博士提问时同学们说他很傻,于是他决定自己先做这个实验,结果跟他说的一样。第二天,他从那些蔑视他的问题的人中挑出三个男生并再次实验,他们发现冰首先从热牛奶中开始形成。三个男生笑得很开心,开始告诉其他人姆彭巴是对的,但很多人简直不敢相信。姆彭巴又跟学校物理系主任说实验成功了,不过系主任说:“应该不行,我下午去试试。” 但后来,系主任发现了同样的结果。

再说奥斯本博士,他在听到姆彭巴的问题后,觉得任何问题都不应该被嘲笑,作为老师有必要鼓励学生培养提问和批判的态度。虽然他觉得姆彭巴的问题似乎与他所知道的物理学相矛盾,但是日常事件很少像看起来那么简单,所以不经验证就做出肤浅的判断是很危险的。于是他鼓励姆彭巴自己重复实验,并在他回到大学后,请了一位年轻的技术人员来验证事实。技术员报告说,刚开始很热的水确实先结冰了,不过技术人员用看起来并不科学的热情态度补充道:“但我们会继续重复实验,直到得到正确的结果。”进一步的测试证实了姆彭巴的说法。于是人们开始称之为“姆彭巴效应”。

温水煮青蛙效应 热水比凉水先结冰(5)

姆彭巴效应验证试验:热水(左)比凉水(右)结冰更早

后来又有很多人做类似的比较试验,有些成功了,但是有些却失败了。那姆彭巴效应到底是怎么回事呢?有人分析认为热水中的溶解气体相对较少所以更易结冰,这个后来被实验证实是错误的。还有人认为由于热水的热传导效果更强,而且具备更高的成核活性,所以更容易结冰;而且凉水相对不易结冰可能是一种假象,因为此时凉水处于过冷状态从而低于零度没结冰,而热水相比凉水更易达到过冷状态而且程度更深从而容易结冰。

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