姆潘巴現象

所謂姆潘巴現象 （ Mpemba effect ） 的多種表述 ： 指在同等質量和同等冷卻環境下 ， 溫度略高的液體比溫度略低的液體先結冰的現象 。 亞里士多德 ： “ 先前被加熱過的水 ， 有助於它更快地結冰 。 ” 可理解爲 “ 先前加過熱的水與先前未加過熱的水在同溫下比較 ， 加熱過的水更快結冰 ” 亞里士多德 、 弗蘭西斯 · 培根和笛卡爾均曾以不同的方式描述過該現象 ， 但是均未能引起廣泛的注意 （ 注意亞里士多德的描述與上述大不相同 ） 。 1963年 ， 坦尚尼亞的一位中學生在製作冰淇淋時 ， 發現熱牛奶經常比冷牛奶先結冰 。 1969年 ， 他和博士就此現象共同撰寫了一篇論文 ， 因此該現象便以其名字命名 。 也有人說亞里士多德描述的可能不是姆潘巴現象 。 書中的原話是 ： “ 先前被加熱過的水 ， 有助於它更快地結冰 。 ” 指的是被加熱過的 （ warmed ） 水 ， 而非熱水或溫水 （ warm water ） 。 不管怎麼說所謂 “ 姆潘巴現象 ” 並沒有給出準確定義 ： 並未給出熱水是幾度 ， 冷水是幾度 ， 容器的形狀 ， 水的純度 。 甚至連結冰的定義都不明確 ： 出現了可見的冰塊還是出現第一粒晶種 ？ 實際的實驗的結果是 ： 熱水有的時候結冰比冷水快 ， 大部分時間還是冷水快 。 因爲實際結晶動力學的複雜性 ， 和過冷過程的不確定性 ， 冷水過冷沒結冰熱水沒過冷直接結冰了的情況也是會發生的 。 盧至悅與美國馬里蘭大學 （ University of Maryland ） 化學與生物化學博士後研究員奧倫 拉茲 （ Oren Raz ） 2017 年共同發表於 《 美國國家科學院院刊 》 （ PNAS USA ） 的研究 ， 預測彭巴效應的冷凝 「 捷徑 」 有可能存在 。 爲探究亞里斯多德的理論和超過半世紀的彭巴效應爭議 ， 加拿大西門菲莎大學 （ Simon Fraser University ） 物理學博士候選人艾比納許 庫瑪 （ Avinash Kumar ） ， 和他的指導教授約翰 貝契霍佛 （ John Bechhoefer ） ， 兩人利用一個裝滿水的大燒杯打造 「 熱熄 」 膠體系統 （ colloidal system ） 作爲提供穩定溫度熱來源的 「 熱庫 」 （ heat bath ） 。 庫瑪在實驗中 ， 利用 1.5 微米的小玻璃珠代替水分子 ， 並根據機率分佈 （ probability distribution ） ， 從不同方向讓玻璃珠落入燒杯中數千次 ， 每當玻璃珠墜落 ， 研究人員便會利用光鑷 （ optical tweezers ） 進行虛擬勢能 （ virtual potential ） 側寫 ， 改變機率分佈和該系統的溫度 。 隨著變因不同 ， 研究人員觀察到熱水在特定情況下比冷水較快凝結的情況 ， 在其中一次觀察中 ， 熱玻璃珠在 2 毫秒的時間凝結 ， 比冷玻璃珠還快上 10 倍 ， 庫瑪與貝契霍佛的研究結果 8 月 5 日發表於 《 自然 》 （ Nature ） 期刊 。 目前任職於以色列魏茨曼科學研究學院 （ Weizmann Institute of Science ） 的拉茲表示 ， 「 很高興看到彭巴效應真的行得通 」 ， 但他謹慎地說 ， 「 我們不知道這是否爲水的特性 。 」