热水和冷水哪个更容易结冰？

热水和冷水谁先结冰？
同样体积的冷水跟热水一起放冰箱里，哪个更容易结冰？
你可能会觉得，肯定是冷水，因为要结冰，热水得先变成冷水才可以。
但其实，热水反而会先结冰，其实，这个反直觉的情况，在生活里并不难见到。
比如，你肯定看到过泼水成冰的图片。
能够泼水成冰，首先天气得足够够冷，第二点就很重要了，泼出去的得是热水，如果泼一瓢冷水，那你可能会把自己浇成落汤鸡，或者泼别人一脑袋水。
这背后，一个很重要的原因是，热水挥发会形成大量水蒸气和小液滴，和冷空气接触比表面积大，能够快速冻成冰块，另外还有一个你可能想不到的影响因素，那就是热水本身就比冷水更容易结冰。
不起眼的小现象：
这个现象，早在两千年多年前就被人给发现了。最早把它记录下来的人，是亚里士多德。
他发现：“被烧过的水更容易结冰。”而且他记录道：“在黑海南岸一个叫本都的地方，人们在冬天去冰上钓鱼的时候，会把温水浇在芦苇上，好让芦苇快速结冰。”
亚里士多德认为，这个现象太常见了，几乎就是一个常识。虽然亚里士多德还认为，认为好多知识都是常识，而且他认为的有些常识，在后来都被驳倒了（比如：力是维持物体运动的原因，重的东西比轻的东西下落更快），但是，热水比冷水先结冰这个常识被后来的许多科学家证实了。
比如弗朗西斯培根也写道：“有点温热的水比冷水更容易结冰”。而笛卡尔，在他的《方法论》里面也提到了类似的现象。笛卡尔还给出了一个解释；有一些阻止水结冰的小粒子在加热的时候就蒸发掉了，所以更容易结冰。
但是当时，人们并没有深入去研究这个现象。一方面是因为当时人们对微观世界的了解还不够，要知道当时可是连水分子的这样的概念都没有。另一方面，可能大家也不觉得这是什么了不起的现象，顶多作为一个业余爱好研究研究罢了。
再次登场：
终于在1963年的时候，一位坦桑尼亚的中学生再次注意到了这个现象，还跟它死磕了下去，发表了一篇论文。
发现这个现象的学生，叫做姆潘巴。
当时，他跟同学们正在一起做牛奶冰淇淋。老师叮嘱他们，牛奶必须得凉了之后才能放进冰箱，不然可能会把冰箱搞坏的。要知道在当时的坦桑尼亚，冰箱可不像现在这么常见，而且也不便宜，老师自然会把冰箱看作“高级设备”了。
但是，姆潘巴班上做冰淇淋的人太多了，而冰箱里的空间是有限的。
眼看着冰箱的位置一点一点被占据，姆潘巴就豁出去了，直接把热牛奶放进了冰箱里。过了一个半小时之后，打开冰箱一看，冰箱不但没坏，而且，他的牛奶已经冻成冰了。而跟他同时放进来的其他冷牛奶却没有结冰，这个现象很反直觉。
姆潘巴就跑去问物理老师。物理老师想都没想，就告诉他：“这不可能，一定是你自己搞错了。”听老师这么说，姆潘巴也就没再追问，也认为可能是自己弄错了。
这事本来就这么过去了。但很快，姆潘巴在跟朋友聊天的时候，又听到了类似的现象。朋友告诉他，自己的哥哥是一家冰淇淋店铺的“制冰达人”，做冰淇淋比别人都快。而他的秘诀就是把热牛奶放进冰箱里。后来在和另一位卖冰淇淋的朋友聊天时候，姆潘巴又听他提到了这个现象。
这时候，姆潘巴认为，说不定是初中物理老师搞错了呢？
于是，在进入高中之后，姆潘巴又向高中的物理老师提出了这个问题，得到的答案还是一样的：“你搞错了，这是不可能的，这个现象不是我们这个宇宙的物理学，而是姆潘巴宇宙的物理学。”
而且玩笑越开越大，人们在数学题做错了想找理由的时候，就说，这是“姆潘巴的数学”。姆潘巴这下可生气了。你们不信，老子亲自做给你们看。他跑去找学校厨房的负责人，借了台高级实验设备（冰箱）的一个星期使用权，还拉上几个小伙伴一起做实验，让他们证明自己是对的。实验结果呢，也果然证实了姆潘巴说的。
这件事越闹越大，最后捅到校长那去了，校长非常负责，他专门去请教了一位物理学博士丹尼斯·奥斯本。奥斯本听完当然是不信了，但是他也非常有责任心。
亲自做了实验，测了不同水温水的结冰时间，结果发现，还真是这样（见下图）。这可是个有意思的现象，于是1969年，奥斯本拉着姆潘巴一起发表了一份论文，描述这个现象。这个现象，后来也被称作姆潘巴现象。
【姆潘巴论文中的初始温度与冷却时间关系图。】
那姆潘巴效应到底是怎么回事呢？其实直到今天，科学家们并没有得出一个统一的结论，但有许许多多猜测。
有人认为，这跟冷水里的溶解气体比热水里的多有关；
有的认为，加热之后的水，氢键能量变高了，这对于形成冰块的过程有利；
还有些科学家认为，这跟在冷冻时候，热水的对流比冷水的剧烈，所以整体降温更快。
想找到真正的答案，可能还需要很长一段时间。
但姆潘巴现象说明，即便在今天，我们的身边依然有神奇的未被破解的科学现象。科学探索的道路也远远没有到尽头，如果你也发现了什么反直觉的现象，多多留心，说不定，你就是下一个姆潘巴。
作者：田达玮
审核：周晓亮 北交大物理实验室
参考文献：
[1] Aristotle. "Meteorology". Book I, part 12, pp. 348b31–349a4. Retrieved 16 October 2020 – via MIT.
[2] https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0031-9120/4/3/312/pdf