如果你願意的話，想像一下兩杯水，除了溫度之外，在所有方面都相同。一份裝有熱水；另一個，冷。你把兩者都放進冰箱裡。哪個先結冰？
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答案似乎很明顯，對吧？一定是冷玻璃杯——裡面的水溫差較小。即使你考慮到在周圍環境和熱水之間，最終它會達到冷水的溫度——此時它只會做之前所做的事情，但稍後。必須是先結冰的冷水。
那麼，呃……為什麼不呢？
什麼是姆潘巴效應？
“之前被加熱的水[……]冷卻得更快。”所以寫道亞里士多德，公元前 340 年左右。他認為，這是常識：“任何人，當他們想要快速冷卻熱水時，都會先將其放在陽光下，”他指出。
同樣相信這種熱力學黑客：“一點溫水比完全冷水更容易結冰,”他寫道在這1620項工作中一個新器官– 或者，用英語：“微溫的水比完全冷水更容易結冰。”甚至笛卡爾——他的思想和因此而進行的——也意識到了這個概念，聲稱在他的方法論“長時間放在火上的水比其他水結冰的速度更快”。
然而，直到 20 世紀——準確地說是 1969 年——這種現象才與它現在的名字聯繫在一起：Mpemba。
“我的名字是 Erasto B Mpemba，我要告訴你我的發現，這是由於誤用冰箱造成的，”開始報紙向世界重新介紹了這種違反直覺的物理現象。文章接著講述了一次失敗的冰淇淋製作嘗試：“從當地婦女那裡購買牛奶後，我開始煮牛奶，”姆彭巴寫道。 “我知道如果等煮好的牛奶冷卻後再放入冰箱，我就會失去最後一個可用的冰盤，所以那天我決定冒著毀壞冰箱的風險，把熱牛奶放進去。”
但那天，他並不是唯一一個以乳製品為基礎的惡作劇的人。 “另一個男孩買了一些牛奶來做冰淇淋，當他看到我煮牛奶時，他跑到冰箱前，迅速將牛奶與糖混合，然後將其倒入冰盤中，而沒有煮沸；這樣他就不會錯過機會，”姆彭巴解釋道。 “一個半小時後，我和另一個男孩回去，發現我的那盤牛奶已經凍成冰淇淋了，而他的還只是粘稠的液體，還沒有結冰。”
自然，這讓男孩們感到困惑，姆彭巴問他的物理老師為什麼會發生這種情況……結果卻被告知他錯了。 “你很困惑，”他回憶起他的教練說的。 “那不可能發生。”
經過多年的嘲笑和否認後，姆彭巴有機會向一位真正的物理學教授提出他的問題 - 他得到了稍微熱情的接待。
“我承認我認為他錯了，”達累斯薩拉姆大學的物理學家丹尼斯·奧斯本（Denis Osborne）寫道，姆彭巴最終向他提出了挑戰。 “但幸運的是，[我]記得鼓勵學生培養質疑和批判態度的必要性。任何問題都不應該被嘲笑。”
奧斯本的開放思想值得讚揚：他委託一名技術人員重複這個實驗，他們證實熱水確實結冰得更快。事實上，我們發現了一個相當陡峭的梯度：最熱的水在 90°C (194°F) 左右，只需 30 分鐘即可結冰，而初始溫度為 70°C (158°F) 的水則需要兩倍以上的時間。測試中最冷的水為 20°C (68°C)，冷到你肯定不想在裡面游泳，花了整整 100 分鐘才結冰。
證據已經出來了——而且它似乎支持了姆彭巴的主張。但為什麼？
它是如何運作的？
結果令人驚訝，而且解釋也難以捉摸。 “對於這種效應，人們提出了多種可能的解釋。”當時的加州大學河濱分校物理學家 Monwhea Jeng 說道。寫於1998年”，“但到目前為止，實驗還沒有清楚地表明所提出的機制中哪一個（如果有的話）是最重要的。 ”
對於笛卡爾來說，答案很簡單：他說，這種現象的“原因”是“那些最不可能停止彎曲的[水]顆粒在水被加熱時蒸發了。”換句話說：首先將水煮沸以除去熱的部分。或者什麼。你看，顯然不是相當是的——但老雷內的說法可能也不是太離譜。
“當最初較熱的水冷卻到最初較冷的水的初始溫度時，可能會因蒸發而損失大量的水，”Jeng 指出。 “質量的減少將使水更容易冷卻和結冰。”
“這個解釋是可靠的、直觀的，在大多數情況下，蒸發無疑很重要，”他寫道。 “但這不是唯一的機制。”
現代科學家對姆潘巴效應提出了一系列可能的解釋。也許，，這與加熱對水的共價鍵的影響有關。也許這與水中的氣體含量有關。
“熱水比冷水含有更少的溶解氣體，並且在沸騰時會逸出大量氣體，”Jeng 解釋道。 “據推測，這會以某種方式改變水的性質，也許更容易形成對流（從而更容易冷卻），或者減少凍結單位質量的水所需的熱量，或者改變沸點。”
最厚顏無恥的是：也許這與水無關本身根本不。將一些溫水放入沼澤標準冰箱中，熱量可能會融化周圍的一些霜，將容器與設備的導電材料連接起來。與此同時，較冷的水被周圍的霜層以及由於溫度較低而在表面很容易形成的霜層隔離。
最近的實驗產生了更不直觀的解決方案。以色列魏茨曼科學研究所研究非平衡統計力學的物理學家奧倫·拉茲 (Oren Raz) 表示：“我們都有這樣一種天真的想法，認為溫度應該單調變化。”2022年多少錢。 “從高溫開始，然後是中溫，最後是低溫。”
但對於一個失去平衡的物體——比如，通過迫使它盡快釋放熱能——“說系統有溫度是不正確的，”他解釋道。 “既然如此，你就可以有奇怪的捷徑。”
對姆彭巴效應的新解釋已誤入量子理論,激光物理學， 和馬爾可夫動力學固體。甚至還發現了這樣的現象向後工作，冷系統比熱系統升溫更快。
但儘管我們對這一現象了解甚多，我們仍然沒有一個完整的解釋——而且這可能有一個很好的理由。
姆彭巴效應真的存在嗎？
難道姆彭巴效應是如此令人費解……因為它根本不存在嗎？儘管這種現象乍看起來違反直覺，但在所有這些證據支持它之後，提出這個想法似乎很愚蠢——但從技術上講，這仍然是一個懸而未決的問題。
“姆潘巴效應無法以任何有意義的方式觀察到”，這是2016年的一項研究由倫敦帝國理工學院物理學家亨利·伯里奇和劍橋大學數學家保羅·林登提出。他們對之前結果的分析不僅使他們相信幾乎所有姆彭巴效應的例子都是“邊際的”，而且試圖自己重現結果發現了一個令人驚訝的大混雜變量：溫度計的高度。
“報告姆彭巴效應觀察結果的大部分數據都來自未報告測量溫度高度的研究，”兩人指出。對於姆潘巴效應來說更糟糕的是，他們發現，通過在不同高度（即使僅相距一厘米）測量這些溫度，他們可以“產生”一種在同一地點測量時不會出現的效應。
他們總結道：“儘管我們盡了最大努力，但我們仍無法觀察到任何可以合理描述為姆彭巴效應的物理效應。”而且之前支持這一現象的實驗“可以通過簡單地記錄溫度而不精確監測高度來改變。”
“我們對這樣的結論並不感到高興，事實上恰恰相反，”他們補充道。 “姆彭巴效應已被證明是一個奇妙的謎題，它吸引了所有年齡段和背景的人們來追求科學理解。然而，科學家的作用是通過報告結論來客觀地檢驗事實和進一步了解知識，因此我們覺得有必要傳播我們的發現。”
儘管如此，許多其他物理學家仍然相信這種效應的有效性。我們可能還沒有完全理解它，但這是可以預料的：非平衡熱力學是一個奇怪且不直觀的領域，我們還有很多東西沒有解開。
格拉納達大學應用物理系博士後研究員勞爾·里卡·阿拉爾孔 (Raúl Rica Alarcón) 表示：“當你進行從冷到熱的溫度淬火時，會發生有趣的效應。”工作原理他說，姆潘巴效應很可能是“一大類異常熱化效應之一，當系統突然與不同溫度的熱浴接觸時就會發生這種效應。”
“我的觀點是，在某些特殊情況下，姆潘巴效應可能會發生，”他說。 “但我們仍在努力找出實現這一目標的最低條件是什麼。”
