(※这是一篇译文,原文刊登在英国皇家化学学会主办的网站chemistryworld上,原作者:Emma Stoye,我翻译了一下,文末附原文链接。这里简单介绍了很多人感兴趣的姆潘巴效应,不过这个现象究竟是否存在、原因又是什么,科学界依然是一片争议_(:з」∠)_)

姆潘巴效应:真实还是虚构?

如果你把热水和冷水同时放进冰箱,热水(据说)会在更短的时间内结冰。这与科学告诉我们应该发生的情况完全相反。这是种奇怪的现象,名叫姆潘巴效应(Mpemba effect)——它成为一场科学争论的核心已有50年了。

姆潘巴效应是怎么来的?

这个效应是用它的发现者命名的——Erasto Mpemba,他在1960年代在坦桑尼亚上学,当时只有十几岁。在烹饪课上,他学习制作冰淇淋,首先要把糖和牛奶的混合物在炉子上加热,然后等待混合物变凉再放进冰箱。姆潘巴发现了一些奇怪的事情:当他直接把热混合物放进冰箱,冰淇淋完成得更快了。

出于好奇,他又用水进行了类似的实验。他发现,就像冰淇淋那样,热水似乎比冷水在更短时间内冻结。

这个男孩询问了物理学家Denis Osborne为什么会发生这样的事。老师和同学们都对他嗤之以鼻,但Osborne同意帮助他在实验室条件下进行类似的实验。结果,Osborne证实了姆潘巴最初的发现,他们在1969年共同发表了论文。

vrain-ice-2

是个好故事,那这现象是真的吗?

事实上,科学家们无法在这个现象究竟是否存在上达成共识,更不要说它可能的原因了。

Mpemba和Osborne的论文中记录了热水和冷水结冰时间巨大的差异,没有其他实验能够成功复现这一点。然而,来自多个领域的科学家表示他们观察到过这个现象,并且在很多年中它都被当作是一个科学现象。2012年,英国皇家化学学会展开公开竞赛,让参与者们对姆潘巴效应进行解释,研究者和大众中间对这个现象的兴趣都达到了一个高峰。

但是,说“不”的阵营也反击了回来。一篇由剑桥大学Henry Burridge与Paul Linden合著的论文给出结论说:“没有有意义的观察能支持姆潘巴效应”。他们认为,人们声称他们所观察到的现象其实是测量不准导致的。

这篇论文的结论也相当有争议,很多科学家也并不愿意就此放弃他们对这种效应的相信。

我们怎么不知道谁对?

这种效应比你想象得要难测量得多。姆潘巴效应的实验即使在完全一样的条件下也可以产生不同的结果。

vrain-ice-1

等等,这不就是水结冰吗,真的有那么复杂?

是的,科学总是复杂的。一个问题在于,人们的很多争论都是针对定义的——例如,当我们说“结冰更快”的时候,我们是指的到达冰点的时间,完全冻结所需的时间,还是这之间的什么时间点?

Burridge和Linden的论文关注的是水样本达到0℃的时间。其他人却说,从水到冰的相变是这个效应中重要的组成部分,你必须要测量时间直到它完全冻硬才行。

水是一种奇特的物质,当它冻结时,有很多事情发生。人们提出,冰晶的成核、过冷以及蒸发都是会影响热水和冷水表现的因素。看起来由于众多变量的作用,实验技术的微妙变化就可以导致所观察的结果出现很大的不同。影响现象的条件看起来相当难以控制。

一个新研究显示,这个现象可能会受到“峰度”(kurtosis)影响,这是一个描述水粒子动能的参数。峰度受到样品在实验之前如何进行处理的影响。研究者指出,这可以解释测量中出现的一些争议。

这真的重要吗?

Burridge和Linden指出,如果姆潘巴效应是一个可靠、可重复和可测量的效应,那么它会对一些工业过程造成潜在影响(比如说,生产冰淇淋的过程?)

然而,鉴于人们现在无法在这现象是否存在上达成共识,现在它也没法在这方面进行开发——只要这个效应还存在谜团,科学家就会继续寻找解释。

原文链接:https://www.chemistryworld.com/news/the-mpemba-effect-fact-or-fiction/3008257.article