在科學發展中,我們已經無數次的感受到了大自然的神奇,天下之大無奇不有!人類的有些認知是通過對事物簡單的現象總結得出來的科學理論。
而有些科學理論可不是這樣的,因為很多真理都隱藏在表象之後,且與我們的直覺相違背。如果我問你,一杯70攝氏度的水和一杯30攝氏度的水,把它們同時放到冰箱,哪個能更快的凍結?
根據我們以往的常識,這可能就是一句廢話,肯定是30攝氏度的水最快結冰。原因很簡單,把溫度的下降過程比作路徑,70攝氏度距離冰點肯定路程更長,因此更慢的結冰。
可是大自然要是這麼純粹就好了,也不至於很多神奇的現象背後總是隱藏著讓人類瞠目結舌的真理。
關於這個看似不是問題的問題,其實人類很早就研究過,而且發現了一些不尋常的事。最早關於冷熱水誰冷卻更快的記載可以追溯到古希臘的亞里士多德。
它在公元前4世紀的時候就發現熱水比冷水結冰更快,在這之後的的哲學家、物理學家像弗朗西斯·培根和勒內·笛卡爾也發現了這種反常的現象。
但以當時人們對事物的理解根本無法解釋這種現象,更無法做出具有說服力的實驗,所以說這件事只有一些傳言和記載,並沒有得到當時科學界的重視。
而這件事重新回到人們視野、被科學家開始討論的時候已經來到了1963年,而且起因是一個13歲的中學生上課時無意中的發現。
它叫埃拉斯托·姆潘巴,來自坦桑尼亞,在一節課上老師讓學生們自己動手製作冰淇淋,由於姆潘巴擔心冰箱的位置被其他學生佔滿,來不及等待熱牛奶冷卻就將最好的模具放進了冰箱。
當他過了一段時間再次檢查自己的冰淇淋時,卻意外的發現自己的冰淇淋竟然比其他同學的冷卻的光快,率先被凍結。
這一現象當時老師是無法給出解釋的,再一次物理學家丹尼斯·奧斯本訪問該校並讓學生提問的時候姆潘巴就藉機會問了教授。
丹尼斯·奧斯本給出的答覆是,我們發現過這種現象,具體情況不清楚,等我返回實驗室會親自做這個實驗。
同年他們兩人就此現象共同發表了一篇論文。這個反常的現象就再次被人們熟知,也引起了科學家的興趣。
但是問題是很多科學家有些能夠重複出這個實驗,有些不能,因此這個現象就成為了一個被討論至今的懸案。
到底存不存在這種現象一直沒有定論,因為科學界認為這個實驗的很多細節無法把控,例如水中的雜質會影響水結冰的速度,而且還會影響水的冰點。
最重要的是結冰這個最終結果如何去界定,到底是誰先達到0攝氏度,還是誰先開始凍結,還是誰先完全凍結?
這些不確定因素導致了很多人得出來的結論不一致,實驗結果帶有很強的人為偏見。所以科學家一致認為姆潘巴效應在實驗上無法得到很好的證實。
不過最近,也就是8月5日,一篇發表在《自然》雜誌上的論文《在膠體系統中更快的指數冷卻》解決了這個討論了近50年的問題。
實驗研究人員最開始是想知道和水分子大小的相近的玻璃珠(1.5微米)在水中是如何運動的,他們將不同溫度的玻璃珠放在水中,用激光照射在玻璃珠上來跟著玻璃珠在水中的運動情況,並且測量其溫度。
實驗結果發現,溫度更高的玻璃珠在水中冷卻速度更快,並且是指數級的那種下降速度。在進行了1000次實驗中,科學家觀察了不同溫度的玻璃珠,以及不同的水,實驗結果都是一致的。
通常情況下熱一點的珠子冷卻的時間大約為2毫秒就可以得到環境溫度,但是溫度稍低的珠子要想達到環境溫度必須花費10倍的時間。
科學家認為這很好的證實了姆潘巴效應,而且不僅僅是水和玻璃珠,在其他的材料上也會看到這種現象。而且在大自然中這種現象也應該十分普遍。
實驗也說明了跟以往我們的想法不一致的是,從高溫到低溫的冷卻過程可能存在不同的路徑,而高溫物體往往會走捷徑,能夠快速的達到環境溫度。
這次實驗能夠證實姆潘巴效應的原因在於,通過對玻璃珠溫度的直接測定,排除了測量水凍結這個充滿不確定性的因素。因此很好的證明了這個現象的存在。
這個發現被證實,以後可以指導冰淇淋工廠,加快生產速度!先加熱再冷凍….