书城自然科学物理中的奥秘
36432800000004

第4章 “姆潘巴”的疑问

作为一名初三学生,能参加全省的物理学科竞赛,是一件让人兴奋的事情,而作为指导老师则更希望使出浑身解数,让学生多懂得一些高深的物理现象。物理指导教师葛老师,讲完一个又一个高难度的题目后,一边擦黑板,一边又甩出一个问题:“两个同学都在做冰淇淋,一个同学把一杯冷的冰淇淋与另一个同学的一杯热的冰淇淋,同时放入冰箱的冷冻室,你们猜,哪位同学的冰淇淋先结冰?”

这个问题似乎很简单,虽然没有做过这个试验,但同学们还是凭着自己的生活经验,信心百倍地回答:“冷的那一杯先结冰。”

“NO!”葛老师把手一挥:“NO!NO!”看着同学们疑惑不解的神情,葛老师严肃地说:“同学们,你们猜错了,事实上是那杯热的冰淇淋先结冰。这就是物理学上著名的‘姆潘巴问题’。”最后,葛老师给同学们布置了一道实验题,要求学生们回去做一个冷、热冰淇淋的结冰实验!

第二天,物理指导课上,葛老师问同学们是否做过实验,结果使她大为失望,只有7名同学做了实验,葛老师当时脸上就晴转多云了,但是使她欣慰的是,7名同学的实验都证实了热冰淇淋先结冰的事实。她调整了一下自己的情绪,使自己的脸上多云转晴,同学们又看到了她那灿烂的笑容。为了提高学生学习物理的兴趣,她决定把姆潘巴的故事讲给同学们听。

姆潘巴是坦桑尼亚一所中学的初三学生,1963年的一天,下课后,同学们都在做冰淇淋吃。他们总是习惯先把生牛奶煮沸,加入糖,等冷却后再倒入冰格中,然后再放入冰箱的冷冻室内冷冻。这天,姆潘巴下课做了一会儿作业来迟了,这时,冰箱冷冻室内只剩下很少的空间了,有一位同学为了抢占“地盘”,竟把生牛奶放糖后,立即放入冰箱冷冻。姆潘巴仍然按父母的要求去做,急急忙忙地煮牛奶,放入糖,看看冰箱内只剩下很小的空间了,他着急了,不等热牛奶冷却,立即就把滚烫的牛奶倒入冰格里,然后放进了冰箱的冷冻室,过了一个半小时后,姆潘巴去取冰淇淋,这时奇迹出现了,他发现他后放进去的热牛奶已经结成了冰,而其他同学先放进去的冷牛奶却没有冻结,还是很稠的液体,这个出人意料的现象使姆潘巴十分惊讶!

姆潘巴带着自己的疑问去请教物理老师:“为什么热牛奶反比冷牛奶先冻结呢?”物理老师十分肯定地说:“你一定弄错了,这种事情不可能存在的。”姆潘巴据理力争,物理老师反而讽刺他说:“这是姆潘巴的物理问题。”他不愿意顶撞物理老师,但他心里一直在思考着这个问题。经过漫长时间的等待,姆潘巴终于等到了一个极好的机会,达累斯萨拉姆大学的物理系主任奥博士访问该校。等他作完学术报告后,姆潘巴鼓足勇气向他提出了热的冰淇淋为什么比凉的冰淇淋先结冰的问题。奥博士实事求是地说:“我不知道,不过我保证,到达累斯萨拉姆之后,一定亲自做这个实验。”奥博士回去后,与他的助手做了这个实验,证明姆潘巴说的确有其事。这究竟是怎么回事,人们却弄不懂。

1969年,姆潘巴和奥博士同共撰写了一篇探讨性文章,对“姆潘巴现象”发表意见。他们认为:冷却主要在物体的表面,冷却的速度决定于液体表面的温度,而不是它的整体平均温度。热的系统热量损失比冷的系统快得多,因此表面冷却的也快。当然这只是一种说法,许多物理学家就这个问题进行了大量的研究,发现这个看似简单的问题,实际上要复杂得多,它不但涉及到物理原理,还涉及到微生物,要解开这个谜,还需要物理学家去进行深入的研究。