引起热水比冷水先结冰的原因主要是传导、汽化、对流三者相互作用的综合结果。
从生物作用方面来看，水要结成冰，水中需要许多结晶的中心，生物实验发现，水中的微生物往往是“结晶中心”。
而某些微生物在热水(水温在100℃以下一点)中繁殖比冷水中快，这样一来，热水中的“结晶中心”比冷水中的多得多，加速了热水结冰的协同作用，围绕“结晶中心”生长出子晶，子晶是外延结晶的晶核，对流使各种取向的分子都流过子晶，依靠晶体表面的分子力，抓住合适取向的水分子，外延出分子作有序排列的许多晶粒，悬浮在水中，结晶释放的能量通过对流放出，而各相邻的冰粒又连结成冰，直到水全部结冰为止。
1，如果给热水和冷水设置同样的自动搅拌装置，那么，肯定会冷水先结冰，热水后结冰。因为这时传热条件都很好，温度高的，热容量大，需要的降温结冰的时间就更长；温度低的，热容量较小，需要的降温结冰的时间就更短。这时热水初温降到冷水初温后，一样要经过冷水初温到结冰的降温过程，所以，热水初温降到冷水初温的时间就是多出来的。
2，经过静置的静止的热水和冷水（当然其它条件都相同，只有温度不同）一起冷冻结冰时，关键看它们在冷却降温过程中会自动生成怎样的传热方式。
当热水和冷水放置在冷冻环境开始冷却降温时，最初的瞬间只有水的上表面和容器的外表面靠辐射和传导向外散热，开始降温；
接着是贴附在容器内表面的水开始降温；而这时容器中心的水还没有来得及降温。温度降低后的水比重增大，就要贴附着容器内表面下沉；但是这时下沉的速度和产生的结果是有差别的：
对于盛放热水的容器，贴附着容器内表面的冷水与容器中心的热水有较大的温差，所以有较大的比重差，所以冷水有较大的下沉速度。较大的下沉速度使下沉的冷水有较大的动能，较大的动能就能冲乱容器底部的水体，形成紊流。紊流的形成阻止了下沉冷水在容器底部的沉淀集聚。从而能使容器内的水能形成整体的良好的对流循环。
而对于盛放冷水的容器，贴附着容器内表面的冷水与容器中心的冷水有较小的温差，所以有较小的比重差，所以冷水有较小的下沉速度。较小的下沉速度使下沉的冷水有较小的动能，较小的动能不能冲乱容器底部的水体，所以就造成下沉冷水在容器底部的沉淀集聚。这就使容器内的水不能形成整体的良好的对流循环。
由于盛放热水的容器内的水能形成整体的良好的对流循环，所以大大提高了传热效率；而盛放冷水的容器内的水不能形成整体的良好的对流循环，所以其传热效率远不如盛放热水的容器。
我们可以用一个实验来证明以上说法。将经过静置的有同样质量的一杯热水（全部刚烧开的水，和杯子热平衡后约90°C左右）和一杯冷水（1/3杯刚烧开的水+2/3杯自来水）放到盛有更冷的冷却水（自来水）的脸盆中，并搅拌脸盆中的水来加快冷却，这时我们可以看到盛放热水的杯子底部的水出现云翳状的光影，而盛放冷水的杯子底部则看不到云翳状的光影。云翳状光影是光线穿过不同密度的水层时有不同的折射率造成的，说明沿着杯子内表面下沉的冷水冲动了杯子底部的水体。而没有云翳状的光影，则说明沿着杯子内表面下沉的冷水没有冲动杯子底部的水体，下沉的冷水只是在杯子底部沉淀集聚。沉淀集聚的冷水没有温度密度的突变界面，所以不会出现云翳状光影。这说明热水杯内能自动形成良好的对流循环，而冷水杯内不会自动形成良好的对流循环。
所以热水比冷水更快结冰是可能的。
但是这个结论不会是绝对的，例如99°C的热水和0.1°C的冷水，恐怕是不可能热水先结冰的。
3，为什么热水比冷水更快结冰只是可能，而不是一定？
因为沿着杯子内表面下沉的冷水从沉淀集聚到冲乱容器底部的水体，是一个传热效率由量变到质变的突变过程：
我们从0°C开始并按一定的温度间隔来测量“相同质量，不同初温”的水的结冰过程。我们发现，随着水的初温逐渐上升，其结冰时间逐渐延长。
但是，当水的初温上升到某一温度时，水的结冰时间没有继续延长反而变短了。然后，水的结冰时间又随着水的初温上升而逐渐延长。如图1。
从图1我们看到，不同初温的水冷冻至结冰的时间呈中断的俩段曲线HMAK和CDEBFG。其中断的地方就是发生了下沉冷水从沉淀集聚到冲动水体的突变。而下沉冷水从沉淀集聚到冲动水体的突变，必然引起传热效率的突变：
图1 不同初温的水的降温结冰时间
沉淀集聚的冷水在下沉通道冷却过程中，其温度比初温有较大下降，所以沉淀集聚的冷水与容器外冷冻环境温度的温差也就减小，尤其沉淀集聚的冷水与相邻的下沉冷水的温差很小，这成为热量由杯内向杯外传导的瓶颈，所以，这时候无论传导和辐射都处于较低的效率。形象的说就是，进入沉淀集聚的冷水处于偷懒，消极怠工的状态。问题还在于，沉淀的冷水会随时间的延长而不断增加，所以，其低效传热的部分也会越来越扩大。
而当下沉冷水冲动杯子底部水体时，则下沉冷水和杯子底部的热水会碰撞混合，混合后的水则会热升冷降，从而形成对流循环。这种情况下就不会出现沉淀集聚的冷水与容器外冷冻环境的温差减小的低效传热部分，尤其是不会出现沉淀集聚的冷水与相邻的下沉冷水温差很小的情形（这个很小的温差会是传热的最大阻力），而总是保持杯子中心与杯外冷冻环境有较大的温差，从而保持有较高的传热效率。
但是，这个传热效率的差别只维持到下沉冷水至4°C以下的某个温度。因为4°C的水比重最大，低于4°C时热胀冷缩将出现逆转，这时容器内壁的下沉冷水不再下沉而开始上浮。这也就能解释为什么杯子中的水总是上表面和杯子上部周边的水会先结冰，生成冰盖。
从图1我们可以看到，热水比冷水结冰快只发生在俩平行线MN,PQ之间（PQ通过下半段曲线的最长时间点，MN通过上半段曲线的最短时间点）。但不是平行线间的任意俩点都能表现热水比冷水更快结冰：当俩点连线与水平线的夹角为90°时(图中AB)，则是热水与冷水同时结冰；当俩点连线与水平线的夹角β＜90°时(如图中AF,AG)，仍然是热水比冷水结冰慢；只有使夹角α＞90°时(如图中AC,AD,AE)，才是热水比冷水结冰快。
可以想见，在不了解热水比冷水更快结冰的机理，尤其没有绘制出如图1所示的完整的曲线图像时，盲选冷水热水的初温来实验比较，那就像买彩票中奖一样，靠运气了。还是参照图1，在不了解机理没有曲线图像时，即使选择了图1中的A点，你对另一点的选择也还有俩种可能：
1）把A点对应的初温当成热水。这时候你所选择的冷水初温的结冰时间对应点就一定在曲线HMA上。------这时无论做多少组比对，结论都是热水比冷水结冰慢。
2）把A点对应的初温当成冷水。这时候你在选择热水初温时很可能认为热水越热越好错过曲线上的C,D,E而选择F.G。------如果选择F,G，则结论依然是热水比冷水结冰慢。只有选择如图上的C,D,E点，才会是热水比冷水结冰快。
所以，热水比冷水更快结冰是有条件限制的。并非热水越热越好，冷水越冷越好。
影响传热方式发生突变的因素：
1） 冷冻温度。冷冻温度越低，越有利于发生突变；
2）容器材质。容器材质的导热性越好，越有利于发生突变；
3）容器形状。圆柱，棱柱，上部开口大的圆锥棱锥有利于下沉冷水的汇流，更容易冲动杯子底部的水体，因而有利于发生突变；
4）“水”的性状。以上我们讨论的都是水，其实它也适用于其他流动性好的溶液，例如糖水，牛奶的水溶液等。流动性不好的浆糊，果冻，根本不会发生突变产生对流。
本文的最关键的观点是下沉冷水从沉淀集聚到发生冲动是一个突变，而这个突变必然引起传热方式的突变，对流传热在辐射，传导，对流3种传热方式中是最有效的，这是学界公认的。
相信本文会是姆潘巴问题的终结。
是的。这是姆潘巴现象
1963年，坦桑尼亚的马干巴中学三年级的学生姆潘巴经常与同学们一起做冰淇淋吃。他们总是先把生牛奶煮沸，加入糖，等冷却后倒入冰格中放进冰箱冷冻。有一天，当姆潘巴做冰淇淋时，冰箱冷冻室内放冰格的空位已经所剩无几，一位同学为了抢在他前面，竟把生牛奶放入糖后立即放在冰格中送进了冰箱。姆潘巴只得急急忙忙把牛奶煮沸，放入糖，等不及冷却，立即把滚烫的牛奶倒入冰格送入冰箱。一个半小时后，姆潘巴发现热牛奶已经结成冰，而冷牛奶还是很稠的液体。
他去请教物理老师，为什么热牛奶反而比冷牛奶先冻结？老师的回答是：“你一定弄错了，这不可能。”后来，姆潘巴进高中后又向物理老师请教，得到的回答仍是：“你肯定错了。”当他继续与老师辩论时，老师讥讽他：“这是姆潘巴的物理问题。”一个极好的机会终于来到了，达累斯萨拉姆大学物理系主任奥斯玻恩博士访问该校，姆潘巴鼓足勇气向他提出问题：如果取两个相似的容器，放入等容积的水，一个处于35℃，另一个处于100℃，把放进冰箱，100℃的水却先结冰，为什么？奥斯玻恩博士的回答是：“我不知道，不过我保证在我回到达累斯萨拉姆之后亲自做这个实验。”结果，博士的实验和姆潘巴说的一样。
但是同质同量同外部温度环境的情况下，姆潘巴现象不会出现，不可能热的液体先结冰。
所以姆潘巴现象之所以产生的3种可能情况：
冰箱温度并不均匀，如果姆潘巴将其冰盒正巧放在冷却管附近，甚至与冷却管相接触，完全有可能热牛奶比冷牛奶先结冰；
如果姆潘巴不喜欢吃甜，在冰淇淋中少放了糖，或者因为匆忙没来得及搅拌、糖粒沉在盒底形成固体，实验证明可先结冰；
姆潘巴自制的冰淇淋中不仅牛奶加糖，还加入了淀粉类物质，在其少放糖、少放牛奶时会先结冰。
从物理方面来说，致冷有四种并存的机制：辐射、传导、汽化、对流，通过实验观察，对结果进行比较，发现引起热水比冷水先结冰的原因主要是传导、汽化、对流三者相互作用的综合结果，如果把热水和冷水结冰的过程叙述出来并分析原因就更能说明问题了：盛有4℃冷水的结冰要很长时间，因为水和玻璃都是热的不良导体，液体内部的热量很难依靠传导有效地传递到表面，杯子里的水由于温度下降，体积膨胀，密度变小，集结在表面，所以在水表面处最先结冰，其次是底部和四周，形成了一个密闭的“冰壳”，这时内层的水与空气隔绝，只能依靠传导和辐射来散热，所以冷却的速率很小，阻止内层水温继续下降的正常进行，另外由于水结冰时体积要膨胀，“冰壳”起着一种抑制作用。盛有100℃热水那一杯冷冻的时间相对来说要少得多，看到的现象是表面的冰层总不能连成冰盖，看不到“冰壳”的现象，沿冰水的界面向液体内生长出针状的冰晶（在初温低于12℃时，看不到这种现象）。随着时间的流逝，冰晶由细变粗，这是因为初温高的热水，上层水冷却后密度变大向下流动，形成液体内部的对流，使水分子围绕各自的结晶中心结成冰，初温越高，这种对流越剧烈，能量的损耗也越大。正是这种对流，使上层的水不易结成冰盖，由于热传递和相变潜热，在单位时间内的内能损耗较大，冷却速率较大，当水面温度降到0℃以下并有足够的低温，水面就开始出现冰晶。初温较高的水，生长冰晶的速度较大，这是由于冰盖未形成和对流剧烈的缘故，最后我们观察到冰盖还是形成了，冷却速率变小了一些，但由于水内部冰晶已经生长而且粗大，具有较大的表面能，冰晶的生长速率与单位表面能成正比，所以生长速度仍然要比较初温低的水快得多。
从生物作用方面来看，水要结成冰，水中需要许多结晶的中心，生物实验发现，水中的微生物往往是“结晶中心”。而某些微生物在热水（水温在100℃以下一点）中繁殖比冷水中快，这样一来，热水中的“结晶中心”比冷水中的多得多，加速了热水结冰的协同作用，围绕“结晶中心”生长出子晶，子晶是外延结晶的晶核，对流使各种取向的分子都流过子晶，依靠晶体表面的分子力，抓住合适取向的水分子，外延出分子作有序排列的许多晶粒，悬浮在水中，结晶释放的能量通过对流放出，而各相邻的冰粒又连结成冰，直到水全部结冰为止。
综上所述热水比冷水结冰快
这叫曼巴效应。
四个因素:
1.
蒸发——在热水冷却到冷水的初温的过程中，热水由于蒸发会失去一部分水。质量较少，令水较容易冷却和结冰。这样热水就可能较冷水早结冰，但冰量较少。如果我们假设水只透过蒸发去失热，理论计算能显示蒸发能解释Mpemba效应。这个解释是可信的和很直觉的，蒸发的确是很重要的一个因素。然而，这不是唯一的机制。蒸发不能解释在一个封闭容器内做的实验，在封闭的容器，没有水蒸气能离开。很多科学家声称，单是蒸发，不足以解释他们所做的实验。
2.
溶解气体——热水比冷水能够留住较少溶解气体，随着沸腾，大量气体会逃出水面。溶解气体会改变水的性质。或者令它较易形成对流（因而较易冷却），或减少单位质量的水结冰所需的热量，或者改变沸点。有一些实验支持这种解释，但没有理论计算的支持。
3.
对流——由于冷却，水会形成对流，和不均匀的温度分布。温度上升，水的密度就会下降，所以水的表面比水底部热—叫"热顶"。如果水主要透过表面失热，那么，"热顶"的水失热会比温度均匀的快。当热水冷却到冷水的初温时，它会有一热顶，因此与平均温度相同，但温度均匀的水相比，它的冷却速率会较快。虽然在实验中，能看到热顶和相关的对流，但对流能否解释Mpemba效应，仍是未知。
4.
周围的事物——两杯水的最后的一个分别，与它们自己无关，而与它们周围的环境有关。初温较高的水可能会以复杂的方式，改变它周围的环境，从而影响到冷却过程。例如，如果这杯水是放在一层霜上面，霜的导热性能很差。热水可能会熔化这层霜，从而为自己创立了一个较好的冷却系统。明显地，这样的解释不够一般性，很多实验都不会将容器放在霜层上。
最后，过冷在此效应上，可能是重要的。过冷现象是水在低于0℃时才结冰的现象。有一个实验发现，热水比冷水较少会过冷。这意味着热水会先结冰，因为它在较高的温度下结冰。
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