在科学发展中,我们已经无数次地感受到了大自然的神奇,天下之大无奇不有!人类的有些认知是通过对事物简单的现象总结得出来的科学理论。
而有些科学理论可不是这样的,因为很多真理都隐藏在表象之后,且与我们的直觉相违背。如果我问你,一杯70摄氏度的水和一杯30摄氏度的水,把它们同时放到冰箱,哪个能更快的冻结?
根据我们以往的常识,这可能就是一句废话,肯定是30摄氏度的水最快结冰。原因很简单,把温度的下降过程比作路径,70摄氏度距离冰点肯定路程更长,因此更慢的结冰。
可是大自然要是这么纯粹就好了,也不至于很多神奇的现象背后总是隐藏着让人类瞠目结舌的真理。
关于这个看似不是问题的问题,其实人类很早就研究过,而且发现了一些不寻常的事。最早关于冷热水谁冷却更快的记载可以追溯到古希腊的亚里士多德。
它在公元前4世纪的时候就发现热水比冷水结冰更快,在这之后的的哲学家、物理学家像弗朗西斯·培根和勒内·笛卡尔也发现了这种反常的现象。
但以当时人们对事物的理解根本无法解释这种现象,更无法做出具有说服力的实验,所以说这件事只有一些传言和记载,并没有得到当时科学界的重视。
而这件事重新回到人们视野、被科学家开始讨论的时候已经来到了1963年,而且起因是一个13岁的中学生上课时无意中的发现。
它叫埃拉斯托·姆潘巴,来自坦桑尼亚,在一节课上老师让学生们自己动手制作冰淇淋,由于姆潘巴担心冰箱的位置被其他学生占满,来不及等待热牛奶冷却就将最好的模具放进了冰箱。
当他过了一段时间再次检查自己的冰淇淋时,却意外地发现自己的冰淇淋竟然比其他同学的冷却的光快,率先被冻结。
这一现象当时老师是无法给出解释的,再一次物理学家丹尼斯·奥斯本访问该校并让学生提问的时候姆潘巴就借机会问了教授。
丹尼斯·奥斯本给出的答复是,我们发现过这种现象,具体情况不清楚,等我返回实验室会亲自做这个实验。
同年他们两人就此现象共同发表了一篇论文。这个反常的现象就再次被人们熟知,也引起了科学家的兴趣。
但是问题是很多科学家有些能够重复出这个实验,有些不能,因此这个现象就成为了一个被讨论至今的悬案。
到底存不存在这种现象一直没有定论,因为科学界认为这个实验的很多细节无法把控,例如水中的杂质会影响水结冰的速度,而且还会影响水的冰点。
最重要的是结冰这个最终结果如何去界定,到底是谁先达到0摄氏度,还是谁先开始冻结,还是谁先完全冻结?
这些不确定因素导致了很多人得出来的结论不一致,实验结果带有很强的人为偏见。所以科学家一致认为姆潘巴效应在实验上无法得到很好的证实。
不过最近,也就是8月5日,一篇发表在《自然》杂志上的论文《在胶体系统中更快的指数冷却》解决了这个讨论了近50年的问题。
实验研究人员最开始是想知道和水分子大小的相近的玻璃珠(1.5微米)在水中是如何运动的,他们将不同温度的玻璃珠放在水中,用激光照射在玻璃珠上来跟着玻璃珠在水中的运动情况,并且测量其温度。
实验结果发现,温度更高的玻璃珠在水中冷却速度更快,并且是指数级的那种下降速度。在进行了1000次实验中,科学家观察了不同温度的玻璃珠,以及不同的水,实验结果都是一致的。
通常情况下热一点的珠子冷却的时间大约为2毫秒就可以得到环境温度,但是温度稍低的珠子要想达到环境温度必须花费10倍的时间。
科学家认为这很好的证实了姆潘巴效应,而且不仅仅是水和玻璃珠,在其他的材料上也会看到这种现象。而且在大自然中这种现象也应该十分普遍。
实验也说明了跟以往我们的想法不一致的是,从高温到低温的冷却过程可能存在不同的路径,而高温物体往往会走捷径,能够快速的达到环境温度。
这次实验能够证实姆潘巴效应的原因在于,通过对玻璃珠温度的直接测定,排除了测量水冻结这个充满不确定性的因素。因此很好地证明了这个现象的存在。
这个发现被证实,以后可以指导冰淇淋工厂,加快生产速度!先加热再冷冻……