有人说在冰箱冷冻室内放入热水比放入冷水冻结得更快，是这样吗？如果是这样，那是为什么？

这个问题在《新科学家》上提出来已经有好些年了，一直没有得到令人满意的答案。这一次，我们有意给出几位做过实验的读者的答案，希望能够引起讨论。事实好像违反直觉，但是，热水似乎确实比冷水冻结得更快。对这种现象的最好解释，大概是把盛热水的容器放进制冰室，热接触变得更好了，同时，出现了一种不同的热对流方式加快了水冻结成冰。究竟哪一种效应是主要的，则取决于冰箱、盛水容器和容器摆放的位置。——《新科学家》编者

提问题的朋友提到的那种说法是正确的。制冰块用热水的确比用冷水冻结得更快。如果把盛热水的容器摆放在冷冻室的霜层或冰层上面，就会出现这种效果。这时，温度较高的容器底将下面与之接触的冰层表面融化，极大地改善了容器底与冰层的热接触，加快了容器的散热效率。散热效率的提高，足以抵偿因为是热水而需要散失更多热量而有余。如果将容器架空，或者摆放在冷冻室的没有霜或冰的干表面上，就不会有这种效果。

最早注意到这种效应的是生活在16~17世纪的那位大名鼎鼎的哲学家弗朗西斯·培根，他把一只盛水的木桶放在冰上做实验。我做的实验表明，只要冰箱冷冻室的结霜足够厚，用热水，15分钟就结成了冰块，而用冷水，则需要20分钟。显然，住在澳大利亚的人要比住在寒冷国家的人更希望利用冰箱制冰块的时间能够短一些。最早注意到这种效应的不是弗朗西斯·培根，而是亚里士多德。亚里士多德在他的《气象学》一书中有一段叙述指的就是这种效应：“许多人为了将水尽快冷却，会把水先在太阳下晒一会儿。在冰上捕鱼（在冰层上凿洞，然后在洞口捕鱼）的人，为了在冰上搭建临时棚屋，会在立杆周围浇热水加快冻结，使它们尽快稳固。”

但是，说“如果将容器架空，或者摆放在冷冻室的没有霜或冰的干表面上，就不会有这种效果”，似乎不一定对……——《新科学家》编者

这个问题，《新科学家》早在1969年就提出来了，提问题的读者是坦桑尼亚的一位学生伊拉斯托·姆佩姆巴。他发现，将制冰淇淋的混合液趁热放入冰箱，要比等它凉至室温再放入冰箱，冻结得要快些。我在完成六年级布置的自行设计实验作业时，也同姆佩姆巴一样，实验结果受到了老师的怀疑。

我的实验首先证明了，无论用自来水还是用蒸馏水，结果同姆佩姆巴的冰淇淋混合液是一样的。这说明，这种效果与液体的化学组成无关。其次，我的实验还证明，热水冻结得反而更快，不是热水蒸发体积变小了的缘故。我把热电偶插入水中测量温度，发现温度为10℃的水要比温度为30℃的水更快达到凝固点，这与牛顿的冷却定律是一致的。但是，达到凝固点之后，原来温度较高的水反而会凝固得更快。

我的实验表明，把水放入冰箱冻结为固体，所需时间最长的是温度大约为5℃的水；所需时间最短的是温度大约为35℃的水。这个好像不合理的结果可以用水中的垂直温度梯度来加以说明。如果表面一层液体的温度始终都比下面液体的温度高的话，那么，从液面散失热量的速度就会比液体内温度作均匀分布时，从仅具有平均温度的液面散失热量的速度更快。如果不是把水盛在一个浅碟中，而是盛在一个高金属罐中，就不会有热水先冻结的结果。我猜想，这大概是高金属罐的侧壁散热效果也很好，使得水中的热传导出现了短路的缘故。

当实验结果与根据原来知道的正确知识所预料的结果不相符时，我也是一下子难以放心地接受的。

验证这个问题的经典实验方法，是在寒冷的冬天用两只金属桶分别装上冷水和热水于夜间放置在露天，有风的天气更好。静置不动的水导热性能不好，它的顶层和周围很快就会结冰。如果原来的温度为10℃左右，水体的核心部分会冷却得非常慢，尤其在顶层有浮冰的场合，正常的对流将受到抑制。没有对流，核心部分温度较高的水便没有办法移动到温度较低的金属桶壁，在那里把能量传递到外界。