热牛奶比冷牛奶先结冰

这个问题已经得到解决了吗，最符合的解释是什么？

三色“神”杯 制作实验全靠它

　　“三色杯”，一种普通的冰淇淋。炎夏的消暑良方在寒冬里找到了用武之地，发挥出了“一杯三用”的“神”效。

　　第一用，做实验容器。走进工作室，好几只空的“三色杯”零乱地散落在桌子上，显眼的同时还散发出淡淡的奶香。“这几个月里每天都和‘三色杯’打交道，估计以后再也吃不下了。”叶莎莎说。除了体积略显庞大的“三色杯”外，小一号的冰淇淋杯子也很受欢迎。

　　第二用，做液体原料。因为姆潘巴是在做冰淇淋的时候发现问题的。为了充分接近当时的操作条件，用冰淇淋来做实验理所当然。但谁也没做过冰淇淋，需要哪些原材料呢？最简单的办法就是买来现成的冰淇淋，等它融化之后就能循环利用了。价钱实惠的“三色杯”便“脱颖而出”。

　　第三用，突破瓶颈。课题在进行到一半时遭遇瓶颈。虽然实验表明是否加糖和加糖后是否搅拌都会对液体冰点产生影响，从而改变其结冰速度。但糖对液体结冰的干扰程度还不够明显，直到“淀粉”这个重要变量的出现。发现淀粉也多亏了“三色杯”。由于同样温度同样重量的冰淇淋总比纯牛奶先结冰，这就引发了3位同学的思考。偶然的机会，她们在“三色杯”的配料说明中看到了“淀粉”，试了以后茅塞顿开：原来正是淀粉的存在大大加快了液体结冰的速度。

　　四人攻关 探寻为何先结冰

　　3位同学的大半个寒假都是在实验室与黄曾新老师共同度过的。超过100次的实验最终换来的是上万个宝贵的数据。开学前，实验阶段结束，课题组迎来更为枯燥的数据分析阶段。

　　虽然有先进的自动化仪器相助，但万千数据的整理、分析和总结还是颇为麻烦。暂且不论课题组精心绘制11张分析示意图花费了多少时间，只需节选论文的“数据记录分析”部分，其繁琐程度就可见一斑：冷、热纯牛奶对比；冷、热含糖牛奶对比；冷、热无糖、无淀粉牛奶对比；冷、热含糖、含淀粉牛奶对比；冷、热纯水对比；冷、热糖水对比；冷、热盐水对比；冷的纯水与纯牛奶对比；有糖冷、热淀粉与无糖冷、热淀粉对比……

　　严密的分析之后，结论水到渠成：同质同量同外部温度环境的情况下，姆潘巴现象不会出现，不可能热的液体先结冰。

　　此外，课题组还分析了姆潘巴现象之所以产生的3种可能情况：

　　冰箱温度并不均匀，如果姆潘巴将其冰盒正巧放在冷却管附近，甚至与冷却管相接触，完全有可能热牛奶比冷牛奶先结冰；

　　如果姆潘巴不喜欢吃甜，在冰淇淋中少放了糖，或者因为匆忙没来得及搅拌、糖粒沉在盒底形成固体，实验证明可先结冰；

　　姆潘巴自制的冰淇淋中不仅牛奶加糖，还加入了淀粉类物质，在其少放糖、少放牛奶时会先结冰。

　　共同愿望 想与姆潘巴联系

　　“希望我们这个课题研究结束后，姆潘巴现象可以不用再讨论了。”57岁的黄曾新老师豪言万丈。如果课题组的结论能得到专家的认可，那就意味着围绕姆潘巴现象长达42年的争论即告停止，这无疑是对黄老师和他3位得意门生的最好回报。

　　上海市第20届青少年科技创新大赛即将在本月拉开帷幕，凭借这个研究成果在比赛中力拔头筹是黄老师近期的另一个心愿。“我们的目标是要代表上海参加全国比赛，并且能进一步走向世界。目前看来很有希望。”黄老师的信心并非空穴来风，据他介绍，近几年有3篇关于姆潘巴现象的论文获得了上海乃至全国的大奖。“与获得上届全国科创大赛一等奖的文章相比，无论从研究方法、实验数据、最终结论等任何一个方面，我们的论文都要领先一步。”

　　“参加比赛当然想赢，那也是对自己实力的证明。就算成绩不够理想，我也没有遗憾。因为通过课题的研究，我在动手能力、思维水平、团队精神等多方面都有所提高，这些对我们今后迈向社会都是很有帮助的。”

　　3位同学还表达了一个共同的心愿：“如果有机会，想和姆潘巴本人取得联系，我们来共同做一次实验。”

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　　姆潘巴现象的由来

　　1963年，坦桑尼亚的马干巴中学三年级的学生姆潘巴经常与同学们一起做冰淇淋吃。他们总是先把生牛奶煮沸，加入糖，等冷却后倒入冰格中放进冰箱冷冻。有一天，当姆潘巴做冰淇淋时，冰箱冷冻室内放冰格的空位已经所剩无几，一位同学为了抢在他前面，竟把生牛奶放入糖后立即放在冰格中送进了冰箱。姆潘巴只得急急忙忙把牛奶煮沸，放入糖，等不及冷却，立即把滚烫的牛奶倒入冰格送入冰箱。一个半小时后，姆潘巴发现热牛奶已经结成冰，而冷牛奶还是很稠的液体。

　　他去请教物理老师，为什么热牛奶反而比冷牛奶先冻结？老师的回答是：“你一定弄错了，这不可能。”后来，姆潘巴进高中后又向物理老师请教，得到的回答仍是：“你肯定错了。”当他继续与老师辩论时，老师讥讽他：“这是姆潘巴的物理问题。”一个极好的机会终于来到了，达累斯萨拉姆大学物理系主任奥斯玻恩博士访问该校，姆潘巴鼓足勇气向他提出问题：如果取两个相似的容器，放入等容积的水，一个处于35℃，另一个处于100℃，把放进冰箱，100℃的水却先结冰，为什么？奥斯玻恩博士的回答是：“我不知道，不过我保证在我回到达累斯萨拉姆之后亲自做这个实验。”结果，博士的实验和姆潘巴说的一样。

姆佩巴效应 人们通常都会认为，一杯冷水和一杯热水同时放入冰箱时，冷水结冰快。事实并非如此。1963年的一天，在地处非洲热带的坦桑尼亚一所中学里，一群学生想做一点冰冻食品降温。一个名叫埃拉斯托·姆佩巴的学生在热牛奶里加了糖后，准备放进冰箱里做冰淇淋。他想，如果等热牛奶凉后放入冰箱，那么别的同学将会把冰箱占满，于是就将热牛奶放进了冰箱。过了不久，他打开冰箱一看，令人惊奇的是，自己的那杯冰淇淋已经变成了一杯可口的冰淇淋，而其他同学用冷水做的冰淇淋还没有结冰。他的这一发现并没有引起老师和同学们的注意，相反在为他们的笑料。姆佩巴把这特殊现象告诉了达累萨拉姆大学的物理学教授奥斯博尔内博士。奥斯博尔内听了姆佩巴的叙述后也感到有点惊奇，但他相信姆佩巴讲的一定是事实。尊重科学的奥斯博尔内又进行了实验，其结果也姆佩巴的叙述完全相符。这就确切地肯定了在低温环境中，热水比冷水结冰快。此后，世界上许多科学杂志载文介绍了这种自然现象，还将这种现象命名为"姆佩巴效应"（MpembaEffect）。

从物理学角度看，致冷有四种并存的机制：辐射、传导、汽化、对流，通过实验观察发现，引起热水比冷水先结冰的原因主要是传导、汽化、对流三者相互作用的综合结果。 玻璃杯内盛有4℃冷水结冰时，因为水和玻璃都是热的不良导体，液体内部的热量很难靠传导传递到表面，杯中水由于温度下降，体积膨胀，密度变小而集结在表面，所以在水表面处最先结冰，其次是底部和四周，从而形成一个密闭的“冰壳”。这时内层的水便与空气隔绝，只能靠传导和辐射来散热，冷却得很慢，另外，这个“冰壳”对水结冰时体积膨胀起了“抑制”作用，这也延缓了内部结冰的速率。而盛有100℃热水那一杯冷冻的时间相对来说要少得多，看到的现象是表面的冰层总不能连成冰盖，看不到“冰壳”，看到的却是沿冰水界面向液体内生长出针状冰晶（在初温低于12℃时看不到此现象），且逐渐变粗，这是因为初温度的热水，上层水冷却密度变大向下流动，形成液体内部对流，使水分子围绕各自的结晶中心结成冰，初温越高，这种对流越激烈，能量损耗也越大，冷却的速率也越快，尽管最后“冰盖”还是形成了，冷却速率变小，但由于水内冰晶已经生长且粗大，具有较大的表面能，所以冰晶生长的速率仍然比初温低的水快得多。 从生物作用方面看，水中的微生物往往是水得以结冰的“结晶中心”。而某些微生物在 热水（100℃以下）中繁殖比冷水中快，这一来，热水中的“结晶中心”比冷水中多得 多，从而加速了热水结冰的协同作用。

这个实验不成立，已被证实。条件不全面，所以，也就不好说了。1、热是多少度？冷是多少度？2、有没有放糖或是其它调味剂？3、是全脂奶还是低脂奶还是脱脂奶？４、是奶粉冲兑的吗？还是在牛奶中又加入奶粉了吗？５、是同时放进同一个冰箱的吗？６、放入冰箱时，冰箱的温度是否相同呢？……由于条件不定，所以，也就不能得出结论，而且即使最后条件统一，事实上也没有得出热牛奶冻得更快些。迄今为止，都没有权威的数据报道。另外，这也有可能是类似“尼斯湖水怪”之后杜撰出来的又一个所谓的科学结论。

温差大，热交换快

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