科学家揭开热水冻结速度超过冷水之谜

（2010-03-29　10:00am）

　　（综合讯）据英国《新科学家》杂志报道，有时候，热水的冻结速度反而会超过冷水，这种怪异的现象困扰了几代科学家。经过数百次实验，纽约州立大学宾厄姆顿分校负责辐射安全的官员詹姆斯·布朗里奇最终发现证据，证明这种现象可能与水中杂乱无章的杂质有关。

　　热水快速冻结现象被称之为“姆佩巴效应”，以坦桑尼亚学生埃拉斯托·姆佩巴的名字命名。对于姆佩巴效应，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。

　　布朗里奇认为，杂乱无章的杂质才是导致热水更快速冻结的关键因素。过去10年时间里，他利用空闲时间进行了数百次有关姆佩巴效应的实验，最终发现这种效应基于不稳定过度冷却现象的证据。

　　布朗里奇说：“水几乎从不在温度降到零度时冻结，通常是在更低温度下才开始冻结，也就是所说的过度冷却现象。冻结点取决于水中与冰晶形成有关的杂质。通常情况下，水可能含有几种类型杂质，其中包括尘粒、被溶解的盐类以及细菌，每一种杂质都能在特定温度下触发冻结机关。核化温度最高的杂质决定了水的冻结温度。”

　　布朗里奇对两个同样温度的水样——20摄氏度的自来水——进行了实验。他把水样装入试管，而后放入冰箱中冷冻。由于杂质的随机混合导致其拥有更高冻结点，其中一个水样将首先冻结。如果这种差异足够大，姆佩巴效应便会出现。布朗里奇选择自然冻结点更高的水样，并将其加热到80摄氏度，另一个则只加热到室温，而后将试管放回冰箱。他表示，如果热水冻结点至少高出5摄氏度，其冻结速度往往会超过冷水。

　　可能让人感到惊讶的是，区区5摄氏度就是一个足够大的差异，帮助温度更高的水首先“冲过终点线”。而如果以60摄氏度作为起步点，它们在这场冻结较量中便要以失败告终。物体与周围环境——具体到这项实验，指的就是冰箱——的温差越大，其冻结的速度就越快。也就是说，在温度较低的水样达到零下7摄氏度这一冻结点前，热水样首先达到零下2摄氏度这一冻结点，进而以更快的速度冻结，