何时解开“姆潘巴之谜”

如果在智力竞赛中出一道题：“是冷水结冰快，还是热水结冰快？”也许，绝大部分人都会毫不犹豫地回答：“当然是冷水结冰快！”遗憾的是， 这是错的！

这是坦桑尼亚的马干巴中学三年级学生姆潘巴，在 1963 年偶然发现的。有一天，姆潘巴和几位同学一起做冰淇淋，为了抢先，一位同学将生牛奶加糖后，立即送进冰箱的冷冻室；而姆潘巴则按部就班，将牛奶煮沸，放糖后送入冰箱。过了一段时间后，姆潘巴发现，他的热牛奶已经冻结，而其他同学的冷牛奶却还是很稠的液体。这是为什么？姆潘巴百思不得其解。这就是有名的“姆潘巴之谜”。

最初的一种解释认为，较热的容器溶化了它下面的冰，从而与冰箱的隔板保持较好的热接触。可是，如果让容器与冰箱隔板隔开，热的混合物依然比冷的冻结早。这种看法并不对。

1969 年，姆潘巴和达累斯萨拉姆大学物理系系主任奥斯玻恩在英国的

《物理教师》杂志上共同撰文，认为冷却主要在于液体表面，冷却速率决定于液体表面的温度而并非决定于整体的平均温度，液体内部的对流使得液面温度维持比内部温度高，即使两杯液体冷却到相同的平均温度，原来热系统的热量损失仍要比原来冷的系统来得多，液体在冻结之前必须经过一系列的过渡温度，因此，用单一温度来描述系统显然不够，还要取决于初始条件的温度梯度。

以后，人们发现，这个貌似简单的问题不仅涉及物理学，而且还涉及微生物的生物作用问题。因为水结成冰，需要许多结晶中心，它们往往是水中的微生物，而某些微生物在较热水中繁殖得比冷水中快，这样便加速了结冰过程。

现在，一般认为，造成“热水先结冰”现象的原因有：首先，液体在较热的容器中循环较好，容器中部的热水迅速地流向容器壁或流向水的表面； 其次，如果水比较热，就会放出更多的溶于水中的气体，溶解的气体会推迟冷却时间，冷却前除去溶解的气体可以使水较快地达到冻结点；第三，热水比冷水会失掉更多的质量和蒸发热，例如，水从 100℃冷却到 0℃，假设主要的热损失由蒸发引起，则其质量损失约为 16％，因此热水剩下需要冷却的质量较少，水便更快地达到冷结点。如果质量损失很显著，那么，一旦达到冻结点，最初的热水一定会较快地冻结，因为在从液态转化成冰时，水的质量较少。

上述种种解释，还远远不是最终的答案，“姆潘巴之谜”仍然是“犹抱

琵琶半遮面”，有谁能最终揭开冷、热水结冰中的这个能量转换之谜呢！