台湾教育部新闻:长庚大学生物医学系四年级吴家伟、中原大学特殊教育学系三年级陈泊翌于本(102)年1月10日参加英国具传统历史之皇家化学学会(Royal Society of Chemistry)彭巴效应竞赛(the RSC/Hermes 2012 Mpemba effect competition)决赛,皇家化学学会为欧洲最大的化学领域专业组织,共有超过4万7千名会员,学会各类出版品在科学研究领域具相当权威性。该竞赛全球共有2万2,000组参赛(多数为研究人员),最后仅11组进入决赛,受邀来伦敦参加颁奖典礼。
彭巴效应是一种与大众常识相悖的有趣现象。自古以来人们认为热水比冷水需要更多的时间来降温,若两杯水同时放入冷冻库,理当是冷水先完成结冰,然而事实却刚好相反。热水结冰的速度不只不亚于冷水,甚至可能远快于冷水!若非亲眼所见实在是难以置信。关于彭巴效应的纪载最早可追溯到古希腊时代,据说在亚里斯多德时即已发现这现象,之后培根、笛卡儿还有许多科学家与哲学家等都观察到此效应,也试着在当时的知识基础上解释它,惟尚无具体结果。彭巴效应被现代科学界发现要归功于1963年坦尚尼亚中学生彭巴(Erasto B. Mpemba),将自己製作牛奶冰淇淋时观察到的异象与英国科学家Denis G. Osborne讨论,两人并共同发表论文,科学界始以彭巴效应命名之。在彭巴效应广为人知后,许多人用现代科学的观点提出假说,包括溶解度、蒸发率、对流系统、冷却定律、晶格结构、晶体密度等等,这些假说都有其合理性,然多数逻辑或实务面仍尚未完整。
上(2012)年,英国皇家化学学会举办竞赛,向全球徵求彭巴效应的解答,第一名可获得一千英镑奖金。吴家伟和陈泊翌为了找出解答开始分析前人的假说,运用尽量减少论述中不必要的元素(奥坎剃刀原则),选择忽略以上所有的条件,回归水结冰的本质,也就是物质的相变(phase change)上。将结冰的过程拆解成”水->碰撞冰面->形成冰”这三个步骤,猜测热水碰撞冰面的频率应该远高于冷水,复经推想与数学模型分析,将结果拍成短片并参赛,并进入决赛。
吴家伟同学谦虚的表示:“虽有许多人对我们的创意表示讚赏,不过光具独创性(origin and creativity)是不够的,评分标準尚有科学化(scientifically)与整体呈现(presentation)等项,赢家克罗埃希亚萨格勒布大学(University of Zagreb, Croatia)化学系物理化学研究员Nikola Bregovic,条理分明的论述与缜密的实验数据,是我们所不足、且值得效法之处。这是个让人心悦诚服的结果,我们虽然没有赢,但却也还没输。未来我们会设计更周全的实验。”
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