想象一下,如果愿意,两杯水在所有方面都相同,只有一个:温度。一个含有热水;另一个,冷。您将两个都放在冰箱里。首先是哪个冰?
答案似乎很明显,对吗?这是冷玻璃杯 - 内部水的掉落程度较少。即使您考虑到在周围环境和热水之间,无论如何它最终都将达到冷水的温度 - 这时它将做到这一点,但后来。要首先冻结的冷水。
所以,呃……为什么不呢?
“先前已经加热的水很早就冷却了。”所以写亚里士多德,大约公元前340年。他认为,这是常识:“ [m]当他们想迅速冷却热水时,将其放在阳光下,”他说。
同样相信这种热力学骇客:“水很容易热量,这是完全冷的,”他写道在他的1620年作品中一个新器官- 或者,英文:“比完全冷水更容易冷冻的水冻结。”甚至笛卡尔(他的思想和因此敏捷)也知道这个概念,要求在他的关于该方法的话语“长期以来一直在大火上冻结的水比其他水更快。”
不过,直到20世纪至1969年,这种现象才与它现在的名字相关联:Mpemba。
“我的名字叫Erasto b mpemba,我要告诉你我的发现,这是由于滥用冰箱,”纸这是这种违反直觉的物理现象的重新引入世界。它继续叙述了一场冰淇淋制作的尝试:“从当地妇女那里购买牛奶后,我开始将其煮沸,” Mpemba写道。 “知道,如果我等待煮沸的牛奶冷却,然后将其放入冰箱中,我将失去最后的冰托,我决定在当天将热牛奶放入它的那天危险毁灭冰箱。”
但是那天他并不孤单在他的乳制品恶作剧中。 Mpemba解释说:“当我看到我沸腾牛奶并迅速将牛奶与糖混合在一起,将牛奶与糖倒入冰条时,另一个是用冰淇淋买了牛奶的男孩,跑到了冰箱上,而不必煮沸牛奶;因此他可能不会错过机会。” “一个半小时后,另一个男孩回去了一个半小时,发现我的牛奶托盘已经冻结成冰淇淋,而他的牛奶仍然只有浓密的液体,还没有冷冻。”
自然,这使男孩感到困惑,而姆贝巴(Mpemba)问他的物理老师为什么会发生……只是被告知他错了。 “你很困惑,”他回忆说。 “那不可能发生。”
多年来的嘲弄和拒绝后来,姆佩巴有机会向实际的物理学教授提出问题 - 他得到了一个温暖的接待。
“我承认我以为他是错误的,”曼佩巴大学的物理学家丹尼斯·奥斯本(Denis Osborne)终于提出了挑战。 “但是幸运的是,[我]记得有必要鼓励学生发展质疑和批判性态度。毫无疑问。”
奥斯本(Osborne)的开放态度是他的荣誉:他任务了他的一名技术人员重复实验,他们确认热水确实更快地冻结了。实际上,发现了相当陡峭的梯度:最热的水约为90°C(194°F),仅需30分钟即可冷冻,而初始温度为70°C(158°F)的水则花了两倍多。在20°C(68°C)下测试的最冷的水 - 寒冷,您肯定不想在其中游泳 - 花了整整100分钟的时间才能冻结。
证据是有证据的 - 它似乎支持Mpemba的主张。但为什么?
它如何工作?
结果令人惊讶 - 解释难以捉摸。加利福尼亚河滨物理学家Monwhea Jeng当时提出了“已经提出了一些有关这种效果的可能解释写于1998年,“但是到目前为止,实验尚未清楚地表明所提出的机制是哪种(如果有的话)是最重要的。”
对于笛卡尔来说,答案很简单:他说,这种现象的“原因”是“ [水]颗粒的颗粒最少能够在加热水时停止弯曲的颗粒。”换句话说:沸腾的水首先摆脱了热点。或一些东西。看,显然不是相当是的 - 但是老雷内可能还不太远。
詹恩指出:“随着最初温暖的水冷却最初冷水的初始温度,它可能会损失大量的水以蒸发。” “减少的质量将使水更容易冷却和冷冻。”
他写道:“在大多数情况下,这种解释扎实,直观和蒸发无疑至关重要。” “但这不是唯一的机制。”
现代科学家已经为MPEMBA效应提供了一系列潜在的解释。也许,,这与加热对水的共价键的影响有关。也许这与水中的气体水平有关。
Jeng解释说:“与冷水相比,热水可容纳溶解的气体,煮沸时大量的气体逸出。” “据推测,这以某种方式改变了水的特性,也许使对流电流(从而更容易冷却)更容易,或者减少冻结单位水或更换沸点所需的热量。”
最宜人的:也许这与水无关本身根本。将一些温水粘在沼泽标准的冰箱中,加热可能会融化周围的一些霜,将容器与设备的导电材料连接起来。同时,较冷的水被周围的霜层隔离 - 以及由于较低的温度而在表面上如此明斯形成的层。
最近的实验产生了更少的直观解决方案。 “我们所有人都有这张天真的图片,说温度应该是单调的,”物理学家奥伦·拉兹(Oren Raz)在以色列魏兹曼科学学院学习非平衡统计力学2022年多少。 “您从高温开始,然后是中等温度,然后进入低温。”
但是,对于从平衡中驱动的物体而言,例如,强迫它尽快散发出热能 - “说系统的温度并不是真的,”他解释说。 “既然是这样,那么您可能会有奇怪的捷径。”
MPEMBA效应的新解释已偏离量子理论,,,,激光物理学, 和马尔可夫动力学固体。甚至发现了现象向后工作,冷系统比温暖的系统更快。
但是,尽管我们了解了这一现象,但我们仍然没有充分的解释 - 也许有一个很好的理由。
mpemba效应实际上是真实的吗?
可能是mpemba效应是莫名其妙的……因为它根本不存在?尽管这一现象似乎是违反直觉,但在所有这些证据支持它之后,这个想法似乎很愚蠢 - 但是从技术上讲,这仍然是一个悬而未决的问题。
“ mpemba效应都不可观察到任何有意义的方式,”是结论一项2016年的研究伦敦帝国学院物理学家亨利·伯里奇(Henry Burridge)和剑桥大学数学家保罗·林登(Paul Linden)。他们对先前结果的分析不仅使他们确信,几乎所有mpemba效应的例子都是“边缘”,而且试图自行重新创建结果,发现了一个令人惊讶的大型混杂变量:温度计的高度。
两人指出:“许多数据报告是对MPEMBA效应的观察结果,这是从研究中没有报告测量温度的高度的研究。”对于MPEMBA效应而言,更糟糕的是,他们发现,通过将这些温度取在不同的高度(甚至只有一厘米的温度下),他们就可以“产生”这种效果,如果它们从同一位置进行测量,则不会存在。
他们得出的结论是:“尽管我们尽了最大的努力,我们仍无法观察任何可以合理地描述为MPEMBA效应的物理效应。”他们得出结论 - 并且先前支持该现象的实验“可以通过简单地记录温度而没有准确监测高度来改变。”
他们补充说:“我们对这样的结论并不感到高兴,确实恰恰相反。” “事实证明,MPEMBA效应是一个奇妙的难题,吸引和感兴趣的各个年龄段和背景的人在追求科学理解中。但是,科学家的作用是通过报告结论来客观地检查事实和进一步的知识,因此,我们感到被迫分散了我们的发现。”
尽管如此,许多其他物理学家仍然相信效果的有效性。我们可能还没有完全理解它,但这是可以预料的:非平衡热力学是一个怪异且不直觉的领域,而且我们仍然没有透露很多。
格拉纳达大学应用物理系的博士后研究员劳尔·里卡·阿拉尔科(RaúlRicaAlarcón怎么样- 他说,MPEMBA效应可能是“一大批异常的热化效应之一,当系统突然在不同温度下与热浴接触时,这种效应发生在这种情况下。”
他说:“我的观点是,在某些特殊情况下,MPEMBA效应可能会发生。” “但是我们仍在努力弄清楚这种情况的最低条件是什么。”