姆潘巴现象产生的原因是什么？颠覆物理学是真的吗？

　　姆潘巴现象是一种有违人们认知的一种特殊现象，温度略高的液体比温度略地的液体会先结冰，在我们的认知中，说给谁听都会被当作是一个傻子，培根和笛卡尔都曾发现过，但直到1963年一位坦桑尼亚的学生发现才引起注意，姆潘巴现象产生的原因是什么呢？是不是真的呢？
　　姆潘巴现象介绍：
　　在同等质量和同等冷却环境下，温度略高的液体比温度略低的液体（非纯水）先结冰的现象，被称之为“姆潘巴现象”，以坦桑尼亚学生埃拉斯托姆潘巴的名字命名。对于姆潘巴现象，物理学家曾提出几种可能的假设，其中包括水分更快蒸发导致热水体积变小，一层霜隔绝了温度更低的水以及溶质浓度存在差异。但任何一种解释都很难让人信服，因为这种效应并不可靠，冷水冻结速度往往还是超过热水。
　　姆潘巴现象的发现：
　　亚里士多德、培根和笛卡尔均曾以不同的方式描述过该现象，但是均未能引起广泛的注意。1963年，坦桑尼亚的马干巴中学三年级的学生姆潘巴经常与同学们一起做冰淇淋吃。在做的过程中，他们总是先把生牛奶煮沸，加入糖，等冷却后倒入冰格中，再放进冰箱冷冻。有一天，当姆潘巴做冰淇淋时，冰箱冷冻室内放冰格的空位已经所剩无几。为了抢占剩下的冰箱空位，姆潘巴只得急急忙忙把牛奶煮沸，放入糖，等不及冷却，就把滚烫的牛奶倒入冰格中，并送入冰箱。一个半小时后，姆潘巴发现了一个让他十分困惑的现象：他放入的热牛奶已经结成冰，而其他同学放的冷牛奶还是很稠的液体。照理说，水温越低，结冰的速度越快，而牛奶中含有大量的水，应该是冷牛奶比热牛奶结冰速度快才对，但事实怎么会颠倒过来了？
　　姆潘巴把这个疑惑从初中带到了高中。他先后请教了几个物理老师，都没有得到答案。一位老师感觉他提出的问题怪异得近乎荒唐，就用嘲讽的口吻说：你说的这些就叫做姆潘巴的物理吧！但执着的姆潘巴并没有认为自己的问题很荒唐，他抓住达累斯萨拉姆大学物理系系主任奥斯波恩博士到他们学校访问的机会，又提出了自己的疑问。这位博士并没有对他的问题嗤之以鼻。回到实验室后，博士按照姆潘巴的陈述做了冷热牛奶实验和冷热水物理实验，结果都观察到了姆潘巴所描述的颠覆常识的怪现象。于是，他邀请姆潘巴和他一起对这个现象进行了深入研究。1969年，他和丹尼斯奥斯伯恩博士共同撰写了关于此现象的一篇论文，因此该现象便以其名字命名。
　　姆潘巴现象产生的原因：
　　1。物理原因：
　　从物理方面来说，致冷有四种并存的机制：辐射、传导、汽化、对流。通过实验观察并对结果进行比较，发现引起热水比冷水先结冰的原因主要是传导、汽化、对流三者相互作用的综合效果。盛有初温4冷水的杯，结冰要很长时间，因为水和玻璃都是热传导不良的材料，液体内部的热量很难依靠传导而有效地传递到表面。杯子里的水由于温度下降，体积膨胀，密度变小，集结在表面。所以水在表面处最先结冰，其次是向底部和四周延伸，进而形成了一个密闭的“冰壳”。这时，内层的水与外界的空气隔绝，只能依靠传导和辐射来散热，所以冷却的速率很小，阻止或延缓了内层水温继续下降的正常进行。另外由于水结冰时体积要膨胀，已经形成的“冰壳”也对进一步结冰起着某种约束或抑制作用。
　　盛有初温100热水的杯，冷冻的时间相对来说要少得多，看到的现象是表面的冰层总不能连成冰盖，看不到“冰壳”形成的现象，只是沿冰水的界面向液体内生长出针状的冰晶。随着时间的流逝，冰晶由细变粗，这是因为初温高的热水，上层水冷却后密度变大向下流动，形成了液体内部的对流，使水分子围绕着各自的“结晶中心”结成冰。初温越高，这种对流越剧烈，能量的损耗也越大，正是这种对流，使上层的水不易结成冰盖。由于热传递和相变潜热，在单位时间内的内能损耗较大，冷却速率较大。当水面温度降到0以下并有足够的低温时，水面就开始出现冰晶。初温较高的水，生长冰晶的速度较大，这是由于冰盖未形成和对流剧烈的缘故，最后可以观察到冰盖还是形成了，冷却速率变小了一些，但由于水内部冰晶已经生长而且粗大，具有较大的表面能，冰晶的生长速率与单位表面能成正比，所以生长速度仍然要比初温低的水快得多。
　　2。生物原因：
　　同雨滴的形成需要“凝结核”一样，水要结成冰，需要水中有许许多多的“结晶中心”。生物实验发现，水中的微生物往往是结晶中心。某些微生物在热水中繁殖比冷水中快，这样一来，热水中的“结晶中心”就要比冷水中的“结晶中心”多得多，加速了热水结冰的协同作用：围绕“结晶中心”生长出子晶，子晶是外延结晶的晶核。对流又使各种取向的分子流过子晶，依靠晶体表面的分子力，抓住合适取向的水分子，外延生长出分子作有序排列的许多晶粒，悬浮在水中。结晶释放的能量则通过对流放出，而各相邻的冰粒又连结成冰，直到水全部冻结为止。
　　姆潘巴现象是假的吗？
　　美国华盛顿大学的乔纳森卡茨通过对姆潘巴现象的深入研究，捉到了隐藏其中的鬼怪。他证实，这种现象不但真实存在，而且造成这种现象发生的鬼怪也是真实存在的。不过，这其中的鬼怪只是隐藏在水里面的一些寻常硬物。我们知道，水在加热过程中，一些隐藏在水里的易溶硬物碳酸钙和碳酸镜等碳酸盐会被驱逐出去，形成沉淀物。我们日常生活中常见的附在水壶内壁上的水垢，就是它们被驱出去的证据。而水在达到沸点以后，就会因硬物被绝大部分清除而软化。卡茨发现，同样是冷冻结冰，未经加热的硬水在结冰过程中，由于其内部硬物作祟，使得硬水的冰点要比被加热后的软水冰点低一些，这就减缓了硬水结冰的速度。这一原理就如同下雪后向路面撒盐会防止结冰一样，盐的混入，会使雪的冰点降低，这样，雪结冰的过程就拉长了。
　　但仅凭这个发现还不能直接破解姆潘巴现象，因为姆潘巴的同学们在做冰棋淋的过程中，都先把生牛奶煮熟了。那为什么姆潘巴的热牛奶会先冻结呢？卡茨发现，原因还是出在水里的硬物上：为了吃到可口的冰漠淋，他们都在牛奶里加了糖，而糖实际上会使牛奶液体变硬。但同样是煮熟、加糖的牛奶，热牛奶液体的硬度实际要比冷牛奶的硬度要低一点，这个硬度的差异造成了它们冰点的差异，硬度较高的冷牛奶冰点相对要低些。这样，冰点略高的热牛奶自然要比冰点略低的冷牛奶要先结冰了。
　　当然，还有另外一个原因能够降低低温水的结冰速度，因为实验证明，热量从水中流失的速度取决于温差，就是说在同样的低温环境里，温度相对较高的水比温度相对较低的水散热速度要快一些。换成牛奶，道理也是一样。但并不是每次都会出现，卡茨认为，原因就在于试验者一开始用的就是软水。用同样的软水来做冷热实验，由于水的冰点都一样，而且散热速度的快慢对结冰速度的影响很微弱，所以姆潘巴现象就不那么显而易见了。有科学家指出，卡茨的发现很可能不是姆潘巴现象的终极答案，但和目前现有的各种答案相比，这个答案还是最有说服力的。