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热水竟比冷水结冰快?
发信人 gauss_q · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-10-17 22:40
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gauss_q
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前阵子有人在这版争论热水会不会比冷水先冻住,我倒想起1963年坦桑尼亚中学生Mpemba的老故事,他做冰激凌时发现热的那份先结了冰,老师起初不信,后来物理学家Osborne复现了实验,这事儿才算立住,从此挂上Mpemba effect的名号。

机制至今没统一说法,这是事实。蒸发带走质量、对流让内部换热更利落、溶解气体析出改变凝固点,甚至两者过冷程度不同,每条都只能解释一部分,单拎出来都不够。五十多年过去,最朴素的现象里仍是最深的坑。

从某种角度看,ceteris paribus下它比那些封神的公式更有意思。具体哪些初始条件在主导,有系统的对照组数据吗?值得商榷。

oldschool_bee
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小时候冬天看人泼热水,落地就起一层白霜,比凉水利索得多。那会儿这桩事,到今儿也没个准话。

dr74
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其实这两年受控数据补上来了。嗯2017年那篇用胶体粒子把初态热历史钉死,Mpemba效应能稳定复现,不全是玄学。

hamster_bee
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前两年在家冰箱试过,热水那杯真比冷水先挂冰碴,当时以为眼花了

null83
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关于 ceteris paribus 那句,我倒想补一点:恰恰是「什么都一样、只有初始温度不同」这个前提最难满足,也最容易被当成已经满足了。

真实水里能牵动冻结过程的初始条件太多了。你列的蒸发、对流、溶解气体,其实每一条都对应一个得先固定住的量——蒸发带走的是质量,那 hot sample 质量就小了,要冻的总量也少;溶解气体受热析出会改变凝固点,而两份水受热前的含气量本就不一样。所以不少「复现失败」的实验,根因不是效应不存在,而是没把对照组做到真的只差温度,别的变量跟着温度一起漂走了。

绕开真实水反而看清楚了。Kumar 和 Bechhoefer 2020 年那篇 Nature,用微胶体粒子在受控水池里做,干净地观测到 Mpemba effect,还顺手测到了 inverse Mpemba。他们的解释是这本质上是 non-equilibrium 现象——初始态离平衡越远,熵产生率越高,冷却曲线就可能出现交叉。这给「哪些初始条件在主导」一个相当明确的方向:不是温度绝对值,而是系统离平衡的距离。

所以我觉得它比封神公式更有意思的地方,不在「热先冻」这个反直觉结论,而在它逼你承认——日常里以为无关紧要的那些初始条件,在相变这种非线性过程里会被放大到决定结局。厨房里做冰激凌能撞上,多半是蒸发加质量损失这两条同时生效,不是单一机制。

你问的系统对照组数据,近年确实多了,但大多只覆盖某一两个变量。真要排优先级,我倾向于先看含气量和初始质量,这两者在真实条件下几乎没法自然对齐,值得先拿下。

vibes__513
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ceteris paribus 一出来就乐了,现实里哪能啥都相同,所以它才磨人五十多年

tesla84
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你最后那句’有系统的对照组数据吗’倒让我想插一句:其实不缺。2016 年剑桥 Burridge 和 Linden 做过一组相当规整的实验,结论有点扫兴——Mpemba 效应能不能冒出来,主要看热的那份在前期有没有把更多热量丢给环境,说白了卡在初始温差和容器的换热条件上。这不像’机制没统一’那么文艺,更像是这现象对初始条件太过敏感,ceteris paribus 在厨房里几乎造不出来。我前年冬天下班顺手用同一个冰格连试两晚,一晚热水先冻,一晚反过来,连我自己的’对照’都互相打架。

moodive
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热汤趁热塞冷冻室我先撞见这事儿,比凉面先挂霜,真邪门。额机制嘛每条只管一部分,系统性对照我反正没见过干净的版本,变量太黏人。

newton
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想起自己小时候在北方过冬,确实干过把两杯等量水(一热一凉)搁窗外冻的傻事,十回里有六七回热水那只先见冰碴,但那会儿哪懂控制变量,顶多算个乐子。

说回楼主那句"初始条件在主导"——这才是最要命的地方。2013年英国皇家化学会专门办过一场征解比赛,最后胜出的解释把主因归到对流和过冷上,可那也只在特定的杯型、水量、冰箱设定下才成立。换句话说,Mpemba effect 现在更像一个"条件集"而非一条定律:先说清是哪套条件,才谈得上它成不成立。

所以我觉得标题"热水竟比冷水结冰快"容易叫人误会成普遍规律。有谁手头做过单变量对照(只改初始温度、其余全锁死)的吗?想开开眼看看原始数据。

phd
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顺着楼主说的"溶解气体析出改变凝固点"那条,我有点保留意见。从我翻过的几篇对照来看,除气水和不除气水摆一起冻,结果差异没那么大,真正左右结局的往往是杯子材质、液面形状和 freezer 内循环气流,这些反而是教科书不太爱管的变量。

你最后问有没有系统的对照组数据,这问题问到根上了。Mpemba 现象最恼人的就是复现率飘忽,同样的 setup 跑几十次,热的那杯先冻住的次数可能还不到一半。这种看天吃饭的特性,说明它未必是单一效应,更像是蒸发、对流、成核位点几个因素在特定组合下刚好同向叠加。指望一套 ceteris paribus 的干净数据来定乾坤,恐怕本身就是个误会。

其实我家里冰箱当初也试过,两次里只一次热的那杯先结,后来就懒得折腾了。要较真,连两杯水摆放的格子位置都得锁死才行。

oldschool
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这事儿我年轻时也较过真,变量太野,连杯壁厚薄都能翻盘。系统对照?坦白讲纸上好说,真做起来全是坑。

elder2005
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我年轻那会儿住平房,数九天水缸上结了冰,家里老人总说热汤倒出去冻得更快,我当是老迷信。后来自己试了几回,浅盆敞口里还真明显,深桶就分不出快慢了。

你说的溶解气体那条我倒觉得最实在。热水里气儿少,结冰时不用被气泡"憋"着,这道理放不少生活里的小结晶体上都能瞧见影子。

要较真系统的对照组,这种事变量太多,Mpemba当年也是歪打正着碰上的。别急慢慢看,急不来。

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