为什么热水比冷水结冰快

“将等量的開水和冷水放入冰箱，哪個先結冰？”你可能會冷笑着回答，“當然是冷水！”但你錯了。這必須提到一個很久以前的故事。

在坦桑尼亞的馬坎巴中學，有一個三年級的學生名叫姆帕姆巴。他經常在學校和同學一起做冰淇淋。因爲學校裏有很多學生，冰箱的位置一直供不應求。1963年的一天，當mpamba來做冰淇淋時，冰箱裏幾乎沒有空的地方。姆潘巴不得不匆忙地把牛奶煮開并加糖。在牛奶冷卻之前，他立即将熱牛奶倒入冰格中，并将其送到冰箱的冷凍室。奇迹發生了：一個半小時後，姆潘巴發現他的熱牛奶已經結冰，而其他學生的冷牛奶仍然是粘稠的液體，沒有結冰。這一現象震驚了mpamba。幾經波折，這個問題終于在1969年得到确認。這個問題也被稱爲“mpamba問題”。

這個問題的原理是什麽？讓我們從物理開始。冷水需要很長時間才能結冰是有原因的。水和玻璃是導熱性差的材料。液體内部的熱量很難通過傳導有效地傳遞到表面。随着杯内水溫的降低，體積膨脹，密度降低，并在杯表面積聚。因此，水首先在表面結冰，然後延伸到底部和周圍，然後形成一個封閉的“冰殼”。此時，内層的水與外界空氣隔離，隻能依靠傳導和輻射散熱。冷卻非常緩慢。對于初始溫度爲100℃的熱水，冷凍時間要短得多。此時，水面上沒有“冰殼”，但裏面出現了針狀冰晶。随着時間的推移，冰晶由細變厚。初始溫度高的熱水在上層水冷卻後向下流動，在液體内部形成對流。初始溫度越高，對流越強烈，能量損失越大。當水面溫度降到0℃以下，并且有足夠的低溫時，冰晶開始出現在水面上。然而，由于水中的冰晶已經長大并變厚，水分子在其“結晶中心”周圍逐漸形成冰。

從生物學角度來看，這也是有道理的。正如雨滴的形成需要“凝結結核”，水需要許多“結晶中心”才能形成冰。生物實驗表明，水中的微生物往往是結晶中心。有些微生物在熱水中（水溫略低于100℃）比在冷水中繁殖更快。這樣，熱水中的“結晶中心”比冷水中的多得多，這加速了熱水凍結的協同效應，并在“結晶中心”周圍生長出亞晶體，結晶中心是外延結晶的核心。像雪球一樣，冰變得越來越快。