冷热牛奶冰点不同成难题 中国学生称可能搁了糖

　　晚报记者 俞陶然 报道

　　你听说过“姆潘巴现象”吗？这是一个知晓度颇高的科学现象，在《十万个为什么》中就有记述。上世纪60年代，坦桑尼亚一名中学生姆潘巴在和同学自制冰淇淋时发现，热牛奶的结冰速度居然比冷牛奶快。科研人员对这个神奇的现象提出了多种解释，但至今没有公论。

　　近日，英国皇家化学学会发布公告，悬赏1000英镑，奖励能就这一现象给出最好、最有创意解释的个人或团体。公告要求，本月30日前，全球的青年科学爱好者须提交解答。

　　这几天，上海七一中学的几名学生正在进行实验，并开始写英文报告。 “我们发现，热牛奶的结冰速度并不比冷牛奶快，姆潘巴很可能在热牛奶中少放了糖，使得它的冰点比其他的冷牛奶要高，这才导致所谓的姆潘巴现象。 ”俞壬栋同学告诉记者。

　　非洲中学生发现难解之谜

　　昨天，记者来到学校实验室，看到正在做实验的三名学生。与当年做出惊人发现的姆潘巴一样，他们也是稚气未脱的初中生。 “看，这是我们从网上找到的姆潘巴写的文章，全英文，我们把它译成中文。 ”俞壬栋、丁思元、蔡炜霆三名同学兴奋地把文章递给记者。

　　据介绍，1963年，坦桑尼亚的马干巴中学三年级学生姆潘巴在做冰淇淋时，看到冰箱内放冰格的空位已基本被其他学生的牛奶占满了。一个同学为了抢在姆潘巴前面，竟在生牛奶中加入糖后立即放进冰格。姆潘巴见状，只能把刚刚煮沸的牛奶塞入冰箱。一个半小时后，姆潘巴打开冰箱门发现，他的热牛奶已经结冰，而同学放入的冷的生牛奶还是很稠的液体。为什么热牛奶反而比冷牛奶先冻结？姆潘巴去请教老师，但得到的回答是：“你看错了，这是不可能的。 ”

　　进入高中后，姆潘巴又把这个未解开的谜团抛给老师，得到的回答仍是“不可能”。当姆潘巴坚持说他看到了这个现象后，老师嘲笑他说：“好吧，这是姆潘巴现象！ ”

　　然而，姆潘巴不肯“服输”，不久之后，他抓住达累斯萨拉姆大学物理系主任奥斯伯恩博士访问他们学校的机会，再次提出这个疑问。奥斯伯恩没有嘲笑他，而是在返回大学后做了实验，结果观察到了姆潘巴所发现的怪现象。1969年，奥斯伯恩和姆潘巴共同撰写了一篇论文，“姆潘巴现象”从此为人所知。

　　上海中学生实验未发现“姆潘巴”

　　在英国皇家化学学会发布的公告里，这一现象被表述为：“为什么热水结冰速度比冷水快？ ”该学会主席大卫·菲利普斯教授表示：“现代科学家仍然对这个看似简单的问题感到困惑。 ”为此，英国皇家化学学会悬赏1000英镑，奖励能够对这个现象给出最好和最有创意解释的个人或团体，“提交的答案可以采用任何媒介或技术，包括论文、插图，甚至视频”。

　　这一消息在我国媒体上刊登后，引起上海发明协会会员、科技老师黄曾新的关注。几年前，他曾指导中学生对姆潘巴现象进行探究，并得出自己的结论，然而这些结论在网络上遭到质疑。 “这表明，姆潘巴现象值得进一步研究，既然英国皇家化学学会悬赏征集解答，上海的学生为何不‘接招’呢？ ”黄老师把刊登这个消息的报纸带到七一中学，果然，有五名学生报名加入研究小组，开始探索。

　　自然科学研究，离不开严谨的实验，探索姆潘巴现象也不例外。昨天，记者在实验室看到一台“12点自动平衡记录仪”，这个仪器与冰箱相连，可记录冰箱里冷、热牛奶在降温过程中每个时刻的温度。在冰箱里，则有一个名为“多孔冷凝板”的设备，它能提升家用冰箱的制冷效率，让冷、热牛奶很快结冰。

　　“看看12点自动平衡记录仪记下的温度变化曲线，你就能知道冷、热牛奶哪个结冰速度快了。 ”俞壬栋用手指着仪器自动打印出的曲线图，对记者说。只见测试纸上有两条曲线，记录着在各个时间点上，两杯牛奶的不同温度。其中，陡峭的曲线代表热牛奶的温度变化，平缓的曲线代表冷牛奶。从曲线上可以看出，热牛奶的降温速度要明显快于冷牛奶，两杯牛奶几乎同时达到0℃。在此后的1小时左右时间里，它们都一直处于0℃。之后，冷牛奶先于热牛奶降到0℃以下。

　　小俞同学说，这组数据表明，在他们的实验中并没有出现 “姆潘巴现象”，如果发生了这种现象，热牛奶会先于冷牛奶降到0℃，也会先于冷牛奶降到0℃以下。

　　为什么热牛奶的降温速度比冷牛奶快呢？同学们和黄老师讨论后认为，主要有两个原因。

　　一是因为牛奶的主要成分水在从八九十摄氏度降到0℃时，释放的热量并不是很多，在低温冷却时，热牛奶会急剧降温。另一个原因是热牛奶的蒸发量比冷牛奶大，蒸发带走牛奶的一部分热量和水分，使热牛奶的降温速度比冷牛奶快。“我们做过实验，发现冷冻1小时后，每100克80℃水的蒸发量是2克，每100克30℃水的蒸发量是1克。 ”小俞说，“但这也表明，热水的蒸发量是很有限的，它带走的热量和水分不足以让热水比冷水先结冰。 ”

　　含糖量差异改变牛奶冰点

　　那姆潘巴为什么会看到 “热牛奶已经结冰，而冷牛奶还是很稠的液体”呢？七一中学的学生在仔细阅读这名非洲学生写的文章后，注意到 “糖”这个成分为了做冰淇淋，姆潘巴和同学要在牛奶里放糖。它会不会是导致姆潘巴现象的一个原因呢？

　　于是，学生们又做了一组实验，他们在冷牛奶里加了一定量的白糖，而在热牛奶里不加糖，再把它们同时放入冰箱。一个小时后，奇迹出现了热牛奶已经冻结，而冷牛奶还是很稠的液体，和姆潘巴当年的描述完全一样！丁思元同学告诉记者，在做了多次实验后他们发现，加入不同量的糖，会让牛奶的冰点降到-5至-10℃。这与下雪后向路面撒盐能防止结冰一样，盐的混入，能使雪的冰点降低。

　　如果热牛奶不加糖或只加少量糖，而冷牛奶加了大量糖，那热牛奶的冻结速度很可能就会比冷牛奶快。 “我们猜测，也许姆潘巴不太爱吃甜食，在牛奶里加的糖比同学少，或者因为匆忙忘了放糖，他的热牛奶就先结冰了。 ”丁思元说道。

　　除了含糖量的差异，学生测量后还发现另一个可能导致姆潘巴现象的原因，那就是牛奶在冰箱内所处的位置。冰箱各个位置的温度有明显差异，靠门的地方温度高，靠近蒸发器的地方温度低。姆潘巴如果当时把热牛奶放在靠近蒸发器的地方，冻结速度快就是顺理成章的事了。

　　热牛奶有时确实会抢先结冰

　　下周一就是英国悬赏活动的截止日，目前，学生们已进入撰写报告阶段。他们会在英语老师的指导下，把英文实验报告写出来。学生们还录制了实验视频，届时，将一并通过网络，提交给英国皇家化学学会。对于未来的评选结果，俞壬栋自信满满：“我们已经用实验证明，姆潘巴现象并不存在！我们还查到，东方卫视《1001个真相》节目做过姆潘巴现象，也指出它并不存在。 ”

　　指导老师黄曾新表示，学生们能通过各种实验来探究这个问题，而不是人云亦云，这对培养他们的科学精神、掌握科学方法是很有益处的。 “我认为这并不能绝对说明姆潘巴现象不存在。我们发现，在冷、热牛奶和冷、热水的对照实验中，热牛奶、热水偶尔会先于冷牛奶、冷水结冰，局部温度低于0℃。这可能是热液体的蒸发量大、表面降温速度快所致。 ”但黄曾新也指出，热液体的“抢先结冰”只是暂时现象，不一会儿，它就会回升到0℃，并在漫长的结冰过程中落后于冷的液体。

　　上海交大热学专家陆震教授在听说这件事后，表示会去看一下孩子们的实验过程和报告，从而对这项研究的科学性做出评判。陆教授认为，从应用角度来说，姆潘巴现象并没有很高的科学价值，因为探讨“热牛奶是否比冷牛奶先开始结冰”没什么意义，问题的关键是“热牛奶是否先于冷牛奶完全结冰”。唯有如此，人们才能在食品工业等领域中，利用这一规律取得节能的效果。