摘要：蒸發(fā)速率或蒸發(fā)量與水量的相關(guān)性實(shí)驗(yàn)可以得到液相水整體蒸發(fā)定律，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了蒸發(fā)過程必然生成水蒸氣泡的現(xiàn)象，水蒸氣泡現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上是常溫常壓下水的緩慢沸騰現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。依據(jù)麥克斯韋分子速率分布曲線，水蒸氣泡實(shí)際上是將高動(dòng)能的液相水分子自發(fā)聚集起來的結(jié)果，如同“麥克斯韋妖”在發(fā)揮作用。故可以將水蒸氣泡現(xiàn)象看作是存在“麥克斯韋妖”的最明顯案例，姆潘巴效應(yīng)也屬于存在“麥克斯韋妖”的案例之一。由此熱力學(xué)第二定律存在兩個(gè)最明顯的反例，這是我們必須承認(rèn)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí)。

關(guān)鍵詞：液相整體蒸發(fā)定律；水蒸氣泡現(xiàn)象；麥克斯韋妖；姆潘巴效應(yīng)；熱力學(xué)第二定律

1 發(fā)現(xiàn)水蒸氣泡的蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)

筆者通過簡單的水蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的整體蒸發(fā)定律證明：蒸發(fā)不僅與液面的大小及其他條件有關(guān)，還與液面以下的整體水量（和水深）存在強(qiáng)的相關(guān)性，就此而言，故稱這個(gè)規(guī)律為液相水的整體蒸發(fā)定律。根據(jù)液相水的整體蒸發(fā)定律，開口的容器中的水向外發(fā)散熱量主要通過蒸發(fā)，而蒸發(fā)主要不是在液面發(fā)生，而是主要在水體內(nèi)部發(fā)生，然后上升通過液面溢出。因?yàn)樵谝好媾c空氣直接接觸的液相水分子只占總水量的水分子之極小的部分，所以，通過這部分水分子而發(fā)生的蒸發(fā)可能只是占總蒸發(fā)量的很小的比例。具體占多大的比例還需要更精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和計(jì)算。蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)顯示，在液面積和其他條件一樣的情況下，水量和水深差別0.5～5倍，蒸發(fā)量不成比例地從20%～100%進(jìn)行增加或更多［1］。

另外，在蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)過程中，筆者還發(fā)現(xiàn)會(huì)形成微小的水蒸氣泡，小水蒸氣泡還可以結(jié)合成較大的水蒸氣泡，這些水蒸氣泡很容易會(huì)滯留在容器壁和障礙物上（特別是障礙物的下方），溫度越高，水蒸氣泡的數(shù)量越多越大，溫度越低，水蒸氣泡的數(shù)量越少越小。雖然在筆者看來這些氣泡的主要成分是水蒸氣是無疑的，但筆者面對是空氣泡的質(zhì)疑，還是做了排除是空氣泡的可能性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，方法是用充氧機(jī)往氣泡消失的蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)量筒中充空氣，目的是提高液相水的空氣含量，看看是否會(huì)重新產(chǎn)生氣泡，結(jié)果是完全沒有看到。這就間接證明原來的氣泡不是空氣泡，而是水蒸氣泡。筆者還做了自來水和蒸餾水的對比蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水蒸氣泡的數(shù)量沒有明顯的區(qū)別，這說明了水蒸氣泡的數(shù)量與水中的雜質(zhì)沒有明顯關(guān)系，只與水的蒸發(fā)過程有關(guān)［2］。

筆者還想通過色譜分析儀直接測定這些氣泡的成分是否是水蒸氣，結(jié)果至今未能找到有這樣能力的實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)室。但是，這個(gè)實(shí)驗(yàn)即使未做完全未能減少筆者相信是水蒸氣泡的信心，因?yàn)槿魏闻卸馀菔强諝馀莸娜硕紱]有任何實(shí)驗(yàn)和教科書的證據(jù)，僅僅是想當(dāng)然的猜測而已。

2 水蒸氣泡現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)表明存在常溫常壓下水的緩慢沸騰現(xiàn)象

由這些實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)一步推測，蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)過程中，在可以看見的水蒸氣泡消失之后，還有更小的肉眼看不到的水蒸氣泡產(chǎn)生，也就是說，只要有液相存在，就會(huì)有蒸發(fā)發(fā)生，連帶就會(huì)有水蒸氣泡產(chǎn)生。在蒸發(fā)過程中看不見的水蒸氣泡還有可能是主要的。

水蒸氣泡現(xiàn)象的產(chǎn)生說明常溫常壓下存在水的緩慢沸騰現(xiàn)象已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了。

沸騰的定義是指液體受熱超過其飽和溫度時(shí)，在液體內(nèi)部和表面同時(shí)發(fā)生劇烈汽化的現(xiàn)象。我們通常認(rèn)為在常壓下水的沸騰必須在100℃時(shí)才可能發(fā)生?？墒歉鶕?jù)哲學(xué)上的質(zhì)量互變規(guī)律，任何事情都不是在沒有量變過程的情況下突然發(fā)生的。沸騰的時(shí)候發(fā)生的劇烈汽化現(xiàn)象與常溫條件下的蒸發(fā)實(shí)際并沒有本質(zhì)的區(qū)別，兩者都是汽化現(xiàn)象，問題只是劇烈程度的不同而已。所以，本質(zhì)上我們可以將常溫常壓下的蒸發(fā)稱為是緩慢的沸騰現(xiàn)象。如果說因?yàn)榉序v的一個(gè)重大特征是必然伴隨著水蒸氣泡的大量劇烈產(chǎn)生，就此而言與蒸發(fā)存在重大區(qū)別，緩慢沸騰現(xiàn)象似乎是不適宜的名稱。可是我們現(xiàn)在已經(jīng)確定無疑地發(fā)現(xiàn)了，常溫常壓下的蒸發(fā)過程確實(shí)也在水體內(nèi)部產(chǎn)生，而且也產(chǎn)生了大量的小水蒸氣泡。這樣的小氣泡與沸騰之后的劇烈的大水蒸氣泡只有大小的區(qū)別，完全沒有本質(zhì)性的區(qū)別，這就證明了蒸發(fā)情景與沸騰沒有任何本質(zhì)的區(qū)別，只有蒸發(fā)速度的區(qū)別。于是，蒸發(fā)本質(zhì)上就是緩慢的沸騰現(xiàn)象，就是完全能夠成立的判斷。

實(shí)際上，即使單純基于對沸騰發(fā)生之前的過程的分析，我們也可以得出這個(gè)結(jié)論。為什么水蒸氣泡一定主要是水蒸氣，而不是空氣？從沸騰發(fā)生之前來看，加熱導(dǎo)致水的溫度上升的過程也是蒸發(fā)越來越劇烈的過程，這時(shí)候發(fā)生的蒸發(fā)一定聚集了很多微小的水蒸氣泡，這些水蒸氣泡如果遇到障礙物更容易聚集成長起來。在常溫常壓下發(fā)生的水蒸發(fā)，我們看到的是氣泡在量筒壁的靜態(tài)聚集，如果細(xì)心觀察也會(huì)看到氣泡的逐漸長大，以至于在水中上升或破裂過程。后來筆者進(jìn)一步將蒸發(fā)過程置于一個(gè)加熱的電熱板之上，只是保持電熱板的溫度不至于到達(dá)100℃，發(fā)現(xiàn)一開始就有迅速上升的極微小氣泡產(chǎn)生。隨著溫度升高，微小氣泡越來越多。沒有任何理由認(rèn)為這些氣泡是空氣泡。如果是空氣泡，隨著溫度升高空氣含量也越來越少，空氣泡也會(huì)越來越少才對，實(shí)際情況卻是越來越多。但是，在加熱過程，我們除了看到越來越多的氣泡聚集之外，我們還看到了微小氣泡的連續(xù)上升過程。這個(gè)現(xiàn)象與沸騰只有量的區(qū)別，沒有質(zhì)的區(qū)別。這個(gè)量的區(qū)別包括水蒸氣泡的數(shù)量和大小，以及氣泡的溫度。也就是說，沸騰之前的現(xiàn)象也證明了水體內(nèi)部的水蒸氣泡的產(chǎn)生不需要100℃也會(huì)產(chǎn)生。既然如此，沒有加熱的時(shí)候?yàn)槭裁床粫?huì)產(chǎn)生水蒸氣泡呢？沒有加熱的時(shí)候的蒸發(fā)只是比加熱過程更加緩慢而已。

3 對水蒸氣泡現(xiàn)象的“麥克斯韋妖”質(zhì)疑

筆者在物理學(xué)愛好者的群中公開討論關(guān)于液相水整體蒸發(fā)定律和實(shí)驗(yàn)，蒸發(fā)是否可能在液相內(nèi)部發(fā)生，以及討論常溫常壓下蒸發(fā)時(shí)量筒壁上出現(xiàn)的氣泡到底是空氣泡還是水蒸氣泡等問題時(shí)，多數(shù)物理專業(yè)的群友、博士、教授主張是空氣泡，但是在教科書上又找不到證據(jù)。于是有個(gè)物理學(xué)教授（沈建其）就提出反駁說，如果氣泡是水蒸氣泡，或有這個(gè)可能的話，就需要在液相水內(nèi)部存在一個(gè)“麥克斯韋妖”來分辨高速或高動(dòng)能的水分子，并將其聚成氣泡。對此筆者回答他：“依據(jù)你的邏輯，如果是空氣泡，不是照樣需要一個(gè)‘麥克斯韋妖才能將原本分散開來的空氣分子聚集起來嗎？”他對筆者的這個(gè)回答始終保持沉默不語。這是一個(gè)嚴(yán)肅的理論問題，對于“麥克斯韋妖”的質(zhì)疑，筆者最初是不相信的。但是，細(xì)想過之后，“麥克斯韋妖”問題還是引起筆者的高度關(guān)注。所以下面就要討論一下水蒸氣泡現(xiàn)象與“麥克斯韋妖”的關(guān)系問題。

“麥克斯韋妖”（Maxwells demon）是在尋找熱力學(xué)第二定律漏洞的過程中由物理學(xué)家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋提出的。麥克斯韋設(shè)想，將一個(gè)裝有氣體分子的盒子，用擋板隔成兩個(gè)部分，在擋板上設(shè)置一個(gè)非常小的門，假設(shè)有一個(gè)非常非常小的妖精把守門口。氣體分子速度有快有慢，我們可以把它們分成兩類：一類是速度比較慢的“冷分子”，一類是速度比較快的“熱分子”。于是，這個(gè)“麥克斯韋妖”就蹲在門口附近觀察，如果左邊有“冷分子”撞過來，就把門打開，讓它過去，然后快速關(guān)上門。同理，它也會(huì)把“熱分子”釋放到左邊去。這樣經(jīng)過一段時(shí)間反復(fù)操作后，左邊只有“熱分子”，右邊只有“冷分子”，因?yàn)辂溈怂鬼f設(shè)想的妖精非常小，門也非常輕，因此做功可以被忽略不計(jì)。麥克斯韋妖居然通過不怎么做功就實(shí)現(xiàn)了熱量的逆向流動(dòng)，把熱力學(xué)第二定律推翻了。這是合理的思想實(shí)驗(yàn)嗎？

4 蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)的麥克斯韋速率分布解釋

筆者最初對于上述蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)的微觀解釋不是十分重視，但是心里已經(jīng)十分清楚，這個(gè)就是與液相水分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的麥克斯韋-玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)分布曲線所反映的規(guī)律有關(guān)。

如上圖是麥克斯韋氣體分子速率分布曲線，是麥克斯韋推論出的一種物理曲線。對一定量的理想氣體而言，不同溫度有不同的形狀的速率分布曲線。溫度越高，速率大的分子增多，vp向速率增大的方向移動(dòng)，曲線將拉寬。由歸一化條件可知，曲線下總面積恒等于1，于是曲線高度降低，變得平坦。若溫度降低，則曲線極大值向左偏移，曲線變高、變尖銳。

這個(gè)曲線具有普遍的適用性，對于液相也大致適用。因?yàn)辂溈怂鬼f-玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)是描述獨(dú)立定域粒子體系分布狀況的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。所謂獨(dú)立定域粒子體系分布狀況的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，實(shí)際也就是理想氣體的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。液相水分子之間存在一定的分子間力的相互作用，與理想氣體存在差別，原則上并不符合這個(gè)曲線反應(yīng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，但是，從液相水分子的宏觀分布來看，水分子基本是如氣相水分子一樣處于自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它們之間的分子鍵相互作用并沒有形成宏觀可觀測的現(xiàn)象，故也可以說基本適用于麥克斯韋速率分布曲線。

事實(shí)上，現(xiàn)代熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理試圖通過“元激發(fā)”概念，來統(tǒng)一理解氣相與液相的水分子速率分布的共同規(guī)律，取得部分的成功。在固體物理中，所謂基態(tài)一般是指體系在能量最低時(shí)的狀態(tài)。對于能量靠近基態(tài)的低激發(fā)態(tài)，往往可認(rèn)為是一些獨(dú)立基本激發(fā)單元的集合，它們具有確定的能量和波矢，這些基本激發(fā)單元就是元激發(fā)，有時(shí)也稱為準(zhǔn)粒子。引進(jìn)元激發(fā)的概念，可以使復(fù)雜的多體問題簡化為接近于理想氣體的準(zhǔn)粒子系統(tǒng)，從而使固體理論的大部分問題得以用簡單統(tǒng)一的觀點(diǎn)和方法加以闡述［3］。

確實(shí)的，對于同樣的分子為何會(huì)表現(xiàn)為三相之間的變化，這里的統(tǒng)一與分殊的關(guān)系的確需要一個(gè)新理論的描述，在這個(gè)描述中固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)的水分子及其描述，不過是對其元激發(fā)的統(tǒng)一描述的不同表現(xiàn)形式而言。可想而知，在這樣的描述中，所謂的麥克斯韋速率分布曲線不過是其元激發(fā)描述形式的特殊表現(xiàn)而已。我們一定可以在這種描述中看到對于液相水分子的描述與麥克斯韋速率分布曲線的共同性。在我們能夠見到這樣的理論描述之前，將液相水分子的速率分布曲線看作是近似于麥克斯韋速率分布曲線，是必然的選擇，且沒有多少風(fēng)險(xiǎn)。

液相中的水分子的運(yùn)動(dòng)速率遵守麥克斯韋速率分布曲線，從能量水平上而言，物相的區(qū)別本質(zhì)就是分子運(yùn)動(dòng)速率的區(qū)別，所以液相分子的高速率區(qū)域就可能實(shí)質(zhì)上已經(jīng)進(jìn)入了氣相的低速率區(qū)域，或者說液相與氣相的麥克斯韋速率分布曲線有重疊的區(qū)域，同樣液相水分子的低速率區(qū)域也可能已經(jīng)進(jìn)入了固相水分子的高速率區(qū)域。既然前面我們已經(jīng)論證了存在氣液相混態(tài)，自然也可能存在固液相混態(tài)。只是處于這些氣相和固相的水分子如果是隨機(jī)分散分布的，我們在現(xiàn)象上就觀測不到它們。但是，到了一定的溫度或時(shí)間點(diǎn)，還是可以看到的，因?yàn)檫@些液相中的氣相分子會(huì)聚集起來形成微小的水蒸氣泡。它們還會(huì)隨著時(shí)間長大，變?yōu)槿庋劭梢姷乃魵馀?。所有這些已經(jīng)進(jìn)入氣相的水分子、微小和較大的水蒸氣泡都是會(huì)上升，除了部分滯留中途、部分復(fù)歸于原來的液相外，剩下的都會(huì)溢出液面形成蒸汽。另外，那些本質(zhì)上已經(jīng)具有固相分子能量的液相分子也會(huì)往固相方面發(fā)展，先是形成小分子團(tuán)的固相，接著形成大分子團(tuán)的固相，最后生成肉眼可以見到的固相，如冰凌、冰塊等，直到全部固化凍結(jié)。

5 水蒸氣泡如同麥克斯韋設(shè)想的“熱分子”隔間

在水中高速率水分子的分布最初可能的確是隨機(jī)的，均勻的，但是我們的確用肉眼就觀察到了這些高速率水分子在蒸發(fā)中自發(fā)地聚集為水蒸氣泡的過程，這里似乎的確存在“麥克斯韋妖”效應(yīng)在起作用的問題，只要認(rèn)真思考這個(gè)問題，這一點(diǎn)是無可回避的。

水蒸氣泡現(xiàn)象中到底需要不需要“麥克斯韋妖”呢？其實(shí)，對于這個(gè)問題還是可以解釋的。

首先我們必須要承認(rèn)，對于液相水而言，麥克斯韋分布曲線是成立的，但是，這不意味著不會(huì)產(chǎn)生演化的后果。這個(gè)演化的動(dòng)力因就是相態(tài)的分化——相變。對于那些在動(dòng)能上已經(jīng)汽化的水分子，當(dāng)然是隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的，但是，當(dāng)這些隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的汽化水分子朝向液面運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，就會(huì)溢出液面，這就造成了蒸發(fā)。而隨著這樣的蒸發(fā)進(jìn)程的持續(xù)，就會(huì)出現(xiàn)這種情況：靠近液面的位置汽化水分子的濃度會(huì)下降。于是，根據(jù)麥克斯韋分布曲線的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，就會(huì)有更多的汽化水分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)到靠近液面的位置，這就造成了蒸發(fā)過程的持續(xù)性，這個(gè)持續(xù)性就表現(xiàn)出汽化水分子的朝向液面的定向運(yùn)動(dòng)。這是順理成章的過程，這里沒有什么不可理解的地方，因此，“麥克斯韋妖”是不需要的。

但從水蒸氣泡何以會(huì)產(chǎn)生來看，情況則有所不同。當(dāng)最初的汽化水分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，也會(huì)造成隨機(jī)相遇的情景出現(xiàn)，這種相遇由于其動(dòng)能的相近，就有可能形成某種同類物的結(jié)合態(tài)，即所謂的“物以類聚，人以群分”的原理，這個(gè)原理其實(shí)也是宇宙的普遍法則，我們可以專門論述這個(gè)問題，這里先按下不表?！袃蓚€(gè)汽化水分子的相遇，就有三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)……以至于更多的相遇，最終形成相對穩(wěn)定的小水蒸氣泡，以至于從肉眼不可見的水蒸氣泡長大為肉眼可見的水蒸氣泡。而這些水蒸氣泡也以同樣的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的道理，最后傾向于與單個(gè)的汽化水分子之向液面運(yùn)動(dòng)一樣的方式往液面移動(dòng)。

這就是說，在液相存在物之外存在的氣相對于液相內(nèi)部的液相與氣相的分化產(chǎn)生了影響。之所以存在這樣的相態(tài)分化，是基于所謂液相從來都不是純粹的液相，都是以氣液相混態(tài)的形態(tài)存在。當(dāng)然，所謂液相，從來也同時(shí)是以固液相混態(tài)的形態(tài)存在。

于是我們就看到了，蒸發(fā)過程產(chǎn)生的水蒸氣泡與達(dá)到沸點(diǎn)之后的沸騰產(chǎn)生的水蒸氣泡的確存在不同的地方。沸騰產(chǎn)生的水蒸氣泡是定向熱傳導(dǎo)的結(jié)果，在最熱的區(qū)域先產(chǎn)生水蒸氣泡，而蒸發(fā)過程產(chǎn)生的水蒸氣泡是高能量的水分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，且這個(gè)過程是可持續(xù)的。我們在蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)中親眼觀察到了水蒸氣泡的長大過程，顯然是不斷聚集本質(zhì)上已經(jīng)是氣相水分子的結(jié)果。這就是說，蒸發(fā)過程產(chǎn)生的水蒸氣泡就像是麥克斯韋設(shè)想的“熱分子隔間”，水蒸氣泡長大的過程就像是存在“麥克斯韋妖”，它將更熱的水分子分辨出來，并聚集在水蒸氣泡這個(gè)“隔間”之內(nèi)。麥克斯韋設(shè)想的“熱分子隔間”只有一個(gè)，而蒸發(fā)過程產(chǎn)生的水蒸氣泡“熱分子隔間”有許多，這些“熱分子隔間”原則上是可以進(jìn)一步整合起來，形成更大的水蒸氣泡。但是水蒸氣泡“熱分子隔間”的多少在這里并不影響其作為從無序到有序的自發(fā)演化的結(jié)果的本質(zhì)?；谏鲜鲞@些原因，我們不得不宣布我們在這里找到了“麥克斯韋妖”起作用的案例。

雖然上述實(shí)驗(yàn)是在室內(nèi)空氣環(huán)境中做的，但是我們可以確定，這樣的過程完全也可以在與外界絕熱的條件下發(fā)生。假定將液相水放在一個(gè)絕熱的密閉容器中，其中留有一定的真空，就會(huì)發(fā)生蒸發(fā)。液相水的蒸發(fā)過程本質(zhì)上一定會(huì)有水蒸氣泡產(chǎn)生，當(dāng)然不一定都是肉眼可見的水蒸氣泡，可能是不可見的水蒸氣泡。這樣持續(xù)的水蒸氣泡產(chǎn)生過程就屬于是從無序到有序的自發(fā)演化的過程，就好像是“麥克斯韋妖”在作怪的過程。這樣也就構(gòu)成了熱力學(xué)第二定律的反例。因此，水蒸氣泡現(xiàn)象可以說是熱力學(xué)第二定律的反例。

6 水蒸氣泡現(xiàn)象與姆潘巴效應(yīng)一起構(gòu)成熱力學(xué)第二定律兩個(gè)反例

實(shí)際上水蒸氣泡現(xiàn)象并非是熱力學(xué)第二定律的第一個(gè)反例，第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的熱力學(xué)第二定律的明顯反例是姆潘巴效應(yīng)。

姆潘巴效應(yīng)（Mpemba effect又譯為姆佩巴效應(yīng)，或譯為穆賓巴效應(yīng)）是世界物理學(xué)界知名度很高的一道疑難題，這是1963年坦桑尼亞的馬干巴中學(xué)三年級的學(xué)生姆潘巴與同學(xué)們一起做冰淇淋的時(shí)候發(fā)現(xiàn)的。所謂姆潘巴效應(yīng)，在排除了最初使用的加糖牛奶的特殊性之外，嚴(yán)格的一般表述應(yīng)該是指：在同等冷卻環(huán)境下，同等質(zhì)量和水質(zhì)的兩杯水（最好是不含有差別的雜質(zhì)的水或純凈水，或其他類似液體也行）：熱水和冷水（溫差可以達(dá)到幾十?dāng)z氏度），同時(shí)放入冰箱或冷柜，溫度高的熱水比溫度低的冷水先結(jié)冰的現(xiàn)象。

這是一個(gè)極為簡單的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最終被證明是真實(shí)的效應(yīng)［4］，但是至今為止還沒有被公認(rèn)為已經(jīng)提供了明顯合理的科學(xué)解釋。這樣簡單的現(xiàn)象卻讓世界上那么多物理學(xué)家和其他學(xué)者長期解釋不了，似乎是對世界物理學(xué)界智商的一種挑戰(zhàn)。這個(gè)事實(shí)本身在不斷增加著姆潘巴效應(yīng)問題的魅力，也吸引更多人進(jìn)行思考。

依據(jù)熱力學(xué)第二定律的常識(shí)：熱量不能自發(fā)地從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體，而不發(fā)生其他的變化。對于姆潘巴效應(yīng)實(shí)驗(yàn)可以判斷：在相同的冰箱或冰柜的冷卻條件環(huán)境下，同等質(zhì)量和水質(zhì)的熱水杯的水與冷水杯的水的熱量傳導(dǎo)只能是從高溫傳導(dǎo)到低溫，不可能反過來。如果原先的熱水和冷水除了溫度之外，沒有任何的其他區(qū)別，在熱水溫度降到與冷水杯中的水溫相等或微大于的程度之后，不可能有任何其他的可能性。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，不可能出現(xiàn)熱水杯的水的溫度比冷水杯的水的溫度還低的情況。進(jìn)而在假定兩者的冰點(diǎn)一樣的前提下，必然是冷水杯的水比熱水杯的水更早結(jié)冰，最多是兩者同時(shí)結(jié)冰，不可能出現(xiàn)熱水杯的水先結(jié)冰的情況。

這個(gè)判斷所依據(jù)的更精確的簡單邏輯如下：假設(shè)熱水杯的水冷卻到冷水杯的水的初溫所需時(shí)間為t1，冷水從初溫開始到結(jié)冰所需時(shí)間為t2，那么熱水杯的水從初溫到結(jié)冰所需的全程時(shí)間為t1＋t2，則顯然有t1＋t2＞t2，由此可以推導(dǎo)出結(jié)論：熱水先結(jié)冰的現(xiàn)象不可能發(fā)生。如果發(fā)生了熱水先結(jié)冰的現(xiàn)象，則必然導(dǎo)出t1＋t2＜t2的結(jié)論，這是不合邏輯的［5］。

姆潘巴效應(yīng)明顯屬于熱力學(xué)第二定律的第一個(gè)反例，這一點(diǎn)我們必須承認(rèn)。依據(jù)物理學(xué)的常識(shí)，如果假定兩杯水的冰點(diǎn)是一樣的，那就意味著在相同的冷卻環(huán)境中的兩杯水，原本高溫的水可以通過降溫變成低于原來低溫的水，這顯然違背了熱力學(xué)第二定律。在這種情況下，正確的科學(xué)態(tài)度，不是否定實(shí)驗(yàn)，而是反思理論?，F(xiàn)在姆潘巴效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)告訴我們，這樣的違反熱力學(xué)第二定律的現(xiàn)象似乎確定無疑出現(xiàn)了，我們不得不先確認(rèn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，而確認(rèn)的結(jié)果就是至少在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中推翻了熱力學(xué)第二定律，得出這個(gè)結(jié)論是需要科學(xué)理論的勇氣的，但這是我們必走的路。

基于上述原因，我們不得不宣布：我們在液相水整體蒸發(fā)定律的實(shí)驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)的水蒸氣泡現(xiàn)象中找到了“麥克斯韋妖”起作用的新案例，這或許也是繼姆潘巴效應(yīng)之后的熱力學(xué)第二定律的第二個(gè)反例。既然水蒸氣泡現(xiàn)象與姆潘巴效應(yīng)是熱力學(xué)第二定律的兩個(gè)反例，那么這兩個(gè)反例之間是否存在必然的關(guān)系呢？從這兩個(gè)反例的共同點(diǎn)都與蒸發(fā)過程有關(guān)來看，我們有必要探索其關(guān)系，特別是要研究一下是否可以用液相水整體蒸發(fā)定律來解釋姆潘巴效應(yīng)。

事實(shí)上我們已經(jīng)證明了熱力學(xué)第二定律不完全適用于蒸發(fā)過程，如果認(rèn)為熱力學(xué)第二定律適用于蒸發(fā)過程，那它就要被推翻。這個(gè)其實(shí)是非常簡單的事情，長期以來就是被熱力學(xué)第二定律蒙住了眼睛，讓我們看不清這個(gè)簡單的事實(shí)。所以，解釋姆潘巴效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)基本思路就是先要證明蒸發(fā)過程本質(zhì)上不服從熱力學(xué)第二定律。因?yàn)槲覀兺ǔＥ袛嗄放税托?yīng)實(shí)驗(yàn)的反常性質(zhì)是從熱力學(xué)第二定律不能被推翻出發(fā)的，一旦將熱力學(xué)第二定律從原理上排除出蒸發(fā)過程，姆潘巴效應(yīng)實(shí)驗(yàn)給人的反常性質(zhì)的感覺就消失了，剩下的就只有更具體的解釋。所以，要解釋姆潘巴效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，就要先確認(rèn)熱力學(xué)第二定律是可以推翻的，并且已經(jīng)從蒸發(fā)領(lǐng)域被推翻了。至少我們應(yīng)該嘗試去尋找超出熱力學(xué)第二定律之外的對于姆潘巴效應(yīng)的解釋。關(guān)于這個(gè)問題，我們另文闡述。

參考文獻(xiàn)：

［1］江正杰，王全杰.論氣液相溶態(tài)與氣液相混態(tài)的區(qū)分及其驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)［J］.物理化學(xué)進(jìn)展，2017（2）：26-36.

［2］江正杰，王全杰.液態(tài)水中含有氣態(tài)水的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2017（4）.

［3］楊宗綿.固體導(dǎo)論［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，1993，50.

［4］唐志強(qiáng)，黃維東，張亞剛，等.用水直接觀察姆潘巴效應(yīng)：探索神秘的傳熱（Direct Observation of the Mpemba Effect with Water-Probe the Mysterious Heat Transfer）［J］.Infomat（信息）.2022.07.（首次發(fā)表：2022年7月17日https：//doi.org/10.1002/inf2.12352）.

［5］黃景妹，倪敏，馮杰.“姆潘巴”現(xiàn)象分析述評——熱水比冷水更容易結(jié)冰嗎［J］.物理通報(bào)，2014（8）.

作者簡介：江正杰（1968—），男，漢族，福建閩清人，哲學(xué)碩士，副教授，研究方向：自然哲學(xué)、物理化學(xué)、相對論、引力學(xué)、中國文化經(jīng)典研究、經(jīng)典教育學(xué)。