2000年前中国古人怎么用热水成功造冰？这是困扰物理学家的难题

对从古到今的人们来说，如何度过严酷的冬天和难耐的夏日都是生活中的一个重大问题。不管是寒冷还是炎热都是人类的天敌，甚至能够夺去人们的生命。即使是在没有现代科技的古时候，人们也会想尽办法去为自己创造一些复杂舒适的条件。

在城市的夏天里，我们最离不开的电器有两样，那就是冰箱和空调。对于冷气的渴望几乎已经成为本能，而面对炎热和焦渴，人们的第一反应就是要是可以喝上一点冷饮就好了。于是，冰成为了夏天最珍贵的东西。

我们现在的家用冰箱能够轻易地制作出冰块，我们自己在家就可以享受到美味的冷饮。但是在没有制冰机器的古代，人们在夏季是不是和冰块无缘了呢？其实并不是这样，古人的智慧远远比我们想象得要高。

在远古的时候人们就发现了在地下、山洞等地方能够长期保持低温，于是就在冬天气温低到水可以自然结冰的时候，将大量的冰块开凿并运送到天然形成或者专门开凿的“冰窖”里，能够一直将冰块保存到夏天取用。早在周代的时候，我国就出现了专门管理冰窖的官员，被称为“凌人”。

我国古代可以制冰？‍

尽管冬天开采天然冰留存到夏是一个在程序上非常简单的事情，但很明显不是每个人都能够拥有冰窖的，在过去这是贵族、富豪的专有权利。那么是不是古代的普通人就只能够默默地在夏天承受炎热呢？

其实劳动人民也充分发挥了自己的智慧，古代最方便的天然“冰箱”就是水井了。将各种食物、水果装在竹篮里，吊在井水里，过一会儿就可以享受到冰凉的美味了。不过这最多只能够算“冷藏”，古人是不是没有进行“冷冻”的方法呢？

真相可能出乎大家的意料，因为在2000年前西汉的哲学著作《淮南子》里，就记载有“以冬铄胶，以夏造冰”的说法。《淮南子》是西汉淮南王刘安召集的“淮南学派”共同编撰的，又称为《淮南鸿烈》，是淮南学派的“内书”。

而除了内书之外，淮南学派还著有讲述各种自然现象和生活技术的“外书”，《淮南万毕书》就是其中之一。不过令人感到遗憾的是，《淮南万毕书》的全本已经散佚，目前只有后世的一些辑本。

根据现有的资料，《淮南万毕书》中确确实实地记载了古人造冰的方法。原句如下：“取沸汤置瓮中， 密以新缣， 沈 （井） 中三日成冰。”简单翻译一下，就是将沸水放置在瓮里，用布料仔细地密封起来，再沉到井中三天，这些水就可以变成冰了。

听起来这个方法似乎有些匪夷所思，井水确实是很冰凉没错，但为什么要用沸水来制冰，用凉水的效果不是更好吗？而井水本身的温度虽然很低，但是也没有达到冰点，为什么反而能够让更热的水结冰？

古人制冰的原理是什么？‍

针对《淮南万毕书》的这段记载，历来的学者都有自己的观点。尤其是近现代的物理学知识传入我国之后，人们对于这一记载的真实性更加怀疑，毕竟《淮南子》中也有许多神话传说的记载。

但也有一些学者认为古人只是在无意中掌握了一些现在很容易被我们忽视的物理学知识。比如温州大学的学者洪震寰认为，这种方法利用的是气压更低的地方水冰点温度升高的原理，因为井的深度一般比较深，井底的气压会比较低。

不过也有学者不同意这种说法，因为古代没有机器钻井，不可能动辄将井的深度打到几百米。古人造冰的关键点就在于“沸水”这个似乎反常识的点，在进行了密封的瓮中深处产生了类似于“焦汤效应”的反应，因此沸水可以迅速降温，甚至最终结冰。

所谓焦汤效应，就是气体在通过多孔性物质时发生了不可逆的绝热膨胀，最终导致温度的急剧变化。在这个操作中，封住瓮口的“缣”就是那个多孔性物质，而水瓮又可以密封其他的部分。那么，这个猜想是不是正确呢？

关于古法造冰的实验‍

任何一种用于指导实践的理论，如果不通过真正的实验，那么就只是一种猜想和空谈。于是学者李志超对此进行了实验。他用球形玻璃瓶代替陶瓮，在其中装入水和温度计，并将其进行密封，再烧开瓶子里的水，迅速放进盛满了凉水的水桶中，等于用更加严谨、可控的方式对古人的说法进行了验证。

那么结果如何呢？李志超发现在一开始，瓶中的水的确降温非常迅速，在很短的时间内就从近乎沸点的九十多摄氏度降低到了二十多摄氏度，但是在那之后的降温就没有这么快了。

会不会是放置时间不够的原因呢？毕竟《淮南万毕书》上的记载是要放置三日。于是李志超又将瓶子放置了几个小时，此时的水温已经降低到了7.5摄氏度。他将风口缓慢地去掉，这样可以让外部的空气缓慢流入，起到平衡内外气压的作用。

这之后瓶中的水又下降了大概1.5摄氏度，整体的水温在6摄氏度左右，已经算是非常清凉，但是明显离冰点还有一段距离，更不可能得到像冰窖里储存的冰那样大块且坚硬的冰。

古人到底有没有真的制造过冰？‍

这次实验是第一次针对《淮南万毕书》中制冰方法的完整实验，为学界提供了重要的研究资料。

关于《淮南万毕书》中记载的方法到底是不是真实，也存在一个非常矛盾的结论：一方面古人记载的这种方法确实可以在短时间内快速降低沸水的温度，说明并不是胡编乱造，而是基于实际的实验总结的方法；但是在另一方面，这种方法似乎也并不能够让水到达真的冰点，到底是怎么回事？

有学者提出了另一种观点：也许这本来是一种劳动人民在实际生活中总结出来的方法，但是编纂《淮南万毕书》的文人们并没有真的实验过，所以也不知道这种方法的实际效果，就道听途说将其写进了书中。

这一说法在历史上有很多例子，但目前也不能够完全肯定就是这种状况，毕竟《淮南万毕书》中的记载也十分简单模糊，可能是有什么关键的步骤被忽略，才导致最后的结果不尽人意。总而言之，关于我国古代用热水造冰的原理，至今都还是一个困扰世界物理学家的难题。

扩展：冰箱的制冷原理‍

在现代科技发展之后，我们拥有了在任何季节保存食物、制造冰块的能力，那么这种机械到底是怎么运作的，其中消耗的电量又用到了我们哪些地方呢？在我们室内温度较高的时候，家用冰箱能不能充当临时的“空调”？

现代的冰箱主要由蒸发器、冷凝器、毛细管、压缩机几部分组成，其中消耗电力的主要是压缩机，压缩机在启动之后推动气态的冷凝剂，冷凝剂再通过毛细管凝结成液体，又通过蒸发器重新变为气体，在形态的变化中吸收热量并释放，于是冰箱里的温度就降低了。

由此可见，冰箱的工作在本质上也是一个“热量转移”的过程，因为根据能量守恒定理，任何能量都不可能凭空出现或者消失。那么，冰箱转移的能量都去了哪里？

其实就像是空调会有一个专门散热的“室外机”一样，冰箱也是通过往外部散热的方式来释放多余热量的，不信我们在冰箱运行的时候摸一摸它的侧面和背面，会发现温度很高。简单来说，就是冰箱里本来的热量都散发到了我们的室内。

在弄清楚了冰箱制冷的原理之后，我们也明白了一件事：在天热的时候打开冰箱，并不能起到总体制冷的效果，因为冰箱在本质上只能够保证冰箱内部空间的低温，它的散热器也在室内，本质上就和把空调的室外机放在屋子里一样。

由于这个空间已经达到了热量的平衡，除了白白浪费电之外并没有更好的效果。因此对于生活在炎热的城市里的现代人来说，还是使用空调、风扇等正经的避暑电器来让自己感觉舒适一些比较现实。

结语‍

人类的智慧在指引着这个种族不断前进，我们对于更加幸福、舒适的生活的渴望，让我们不断在科学技术上勇攀高峰。即使是在科学理论并不发达的古代，中国人民也在实际的生活中总结了不少实用的经验，能够让我们在生产力还不够发达的年代获得一些简单的快乐。

即使我们今天生活在一个物质高度丰富的时代，也不得不佩服这些来自于数千年前的劳动人民，正是他们创造了中华民族辉煌灿烂的历史，我们在任何时候都应该向他们致以敬意。