2021年10月23日星期六

你知道姆潘巴效应吗?热水其实比冷水结冰更快

姆潘巴效应指的是在适当情况下,会比更快。这个听上去就完全无法成立的现象自几个世纪前开始就一直困扰着。近日,一组研究了这个”悖论”的发生条件和背后原理——答案藏在不断运动的分子当中。

尽管几个世纪以来许多科学家和自然哲学家(包括勒内·笛卡尔和弗朗西斯·培根)都注意到了姆彭巴效应,但科学家直到1960年代才对其进行了现代研究。当时一位名叫 Erasto Mpemba的坦桑尼亚少年与物证实了这种效应的存在。从那时起,人们进行了各种猜测:温水的蒸发可以更有效地带走热量,或者流体中的异常流动,甚至是过冷,在这种情况下,水的在变成冰之前远低于零。直到2016年发布的一项研究,都仍然认为无法找到姆潘巴效应背后的原因。

传统观点认为,每个烧杯水结冰所需的时间仅取决于其初始温度。温度越高的水中的粒子移动得越快,这意味着它们的速度越慢——所以液体越热,它需要的时间越长。然而在这项最新研究当中,西班牙研究人员发现,温度并不是影响结冰的唯一因素。

研究人员打了个比喻:如果水粒子就像蚂蚁在巢穴中奔跑,那么整个流体的温度对应于它们的平均速度。因此,所有蚂蚁都以每小时50米的速度行走的巢穴看起来与一半蚂蚁以50米、四分之一以75米冲刺、最后四分之一以25米磨蹭的巢穴看起来相同。然而,异常值的数量(特别慢或特别快的蚂蚁)在决定冷却速度方面起着关键作用。这种与平均值的偏差程度,统计学家称为”峰度”的属性,在早期的研究中被忽略,这可能是姆潘巴效应重现性差的原因。

综上所述,当条件恰到好处时,即如果热水温度比冷水温度热得恰到好处,而且其分子足够任性以产生高的峰度的时候,模型模拟显示,较热的样本将比较冷的样本冷却得更快。事实上,研究人员不仅发现最热的能更快地冷却,而且还发现了相反的效果:最冷的能更快地加热,这将被称为逆姆潘巴效应。

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来源:前瞻网

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