牛顿的意思是说:热量即是温度,我只是换了个方式阐述热能的转化情况而已。
热量越高,向外辐射速度会越快,随着温度下降,分子或原子的活跃将会减弱。于是,冷却速度变慢。
这个很好理解,温度的高低决定了粒子的运行速率。
当温度降至绝对低温,一切运动都将会终止。这时,所有的物质都被永久冻结,甚至时间也消失了。
随着温度升高,粒子缓慢复苏,运动也开始加快。当热量极高时,热能会向外急速辐射,也就是所谓的冷却。
万事万物皆有度,这个度就是一道分水岭,决定着运动的走向、速度的快慢、运动或静止。
热水比冷水更快结冰的现象通常叫「Mpemba
效应」。无疑地,很多读者对这一点很怀疑,因此,有必要先明确地指出,什么是
Mpemba
效应。有两个形状一样的杯,装着相同体积的水,唯一的分别是水的温度。现在将两杯水在相同的环境下冷却。在某些条件下,
初温
较高的水会先结冰,但并不是在任何情况下,都会这样。例如,99.9°
C
的热水和
0.01°
C
的冷水,这样,冷水会先结冰。Mpemba
效应并不是在任何的初始温度、容器形状、和冷却条件下,都可看到。
这似乎是不可能的,不少敏锐的读者可能已经想出一个方法,去证明它不可能。这种证明通常是这样的:30°
C
的水降温至结冰要花
10
分钟,
70°
C
的水必须先花一段时间,降至
30°
C,然之后再花
10
分钟降温至结冰。由于冷水必须做过的事,热水也必须做,所以热水结冰较慢。这种证明有错吗?
这种证明错在,它暗中假设了水的结冰只受平均温度影响。但事实上,除了平均温度,其它因素也很重要。一杯初始温度均匀,70°
C
的水,冷却到平均温度为
30°
C
的水,水已发生了改变,不同于那杯初始温度均匀,30°
C
的水。前者有较少质量,
溶解气体
和对流,造成
温度分布
不均。这些因素亦会改变冰箱内,容器周围的环境。下面会分别考虑这四个因素。所以前面的那种证明是行不通的,事实上,Mpemba
效应已在很多受控实验中观察到
[5,7-14]。
这种现象的发生机制,仍然没有得确切的了解。虽然有很多可能的解释已被提出过,但到目前为止,还没有一个实验可以清晰地显示它的机制。如果有的话,这实验就十分重要了。你可能会听到有人很自信地说,X
是
Mpemba
效应的原因。这些说法通常都是基于猜测,或只看着小量文献的证据,而忽略其它。当然,有根据地猜测,和选择你信赖的实验结果,是没错的。问题是,对于什么是
X,不同的人提出不同的说法。