2000年前中国古人用热水制冰？困扰物理学家多年，到底是什么原理

冰在当今社会已经是触手可及的东西，无论是炎热夏季解暑，还是制作食材清凉口感的辅料，都能发挥关键作用。相较现代以冰箱为代表的制冷机器，古代人们在夏季吃上冰应该绝无可能才对。

但是在2000多年前的春秋战国乃至西周时期，我们的祖先已经可以通过独特工艺制作冰，并且有完备的储存方法。那么到底古人如何在夏季制作冰，这里带大家见证他们的智慧！

最早的制冰记载

中国古代记载中，最早出现储存冰的时间大约在公元前1000~前700年左右，那时中国处于西周时期。相关考古显示，当时人们会在每年12月开始储存冰块，具体方法是在不被太阳光直射的山岩上开凿洞穴，将自然形成的冰加工成块状，整齐的码放在洞穴中，待到夏天到来时再取出食用。洞穴中建有干燥系统和排水系统，会保持洞穴中的干燥，防止水溶影响冰块的保存。

而真正出现人工“制作”冰块的记载，是西汉皇族的刘安及其门客编撰的《淮南万毕术》。书中写到：取沸汤置瓮中，密以新缣，沈中三日成冰。

这段话的意思是，古人制作冰的方法需要把水煮沸后立刻装进容器中，开口密封，最后把容器沉入深井之中，三天后取出里面的水就结成冰块了。

古代制冰方法怎么解释

这种制冰工艺在古时科学探索者眼中一直存有疑惑，留下了大批相关记载，但是没有科学的解释。近代相关学者专家也对此兴趣浓厚。

著名科学家洪震寰先生曾经提出过“气压制冰”的假设。沸水注入容器中密封，并沉入温度较低的井水中，容器中温度骤降的同时因为热胀冷缩原理影响，水的体积也在下降，容器内气压降低，瓶内水的冰点随之提高，就不需要把温度降到0℃，从而在达到古人的制冰目的。

我们来根据科学数据来分析这一说法是否真实。水的沸点确实受气压影响，气压每降低1个点，水的沸点就会提升0.008℃。首先要说明的是这个影响实在太小了，我们把装水的密闭容器中的气体全部抽出，制造出真空状态，容器中水的沸点也仅仅上升了1℃左右。而外部环境的影响就更加不可能，夏天深水井中的温度确实很低，在海拔和气候理想的情况下，其温度可以低至4~5℃，这也难以达到让容器中水结冰的条件。

中国科技大学的物理学家李志超教授则认为，古人夏季制冰的原理是气体绝热膨胀降温，也就是焦耳-汤姆孙效应。通俗来讲，就是装有沸水的容器中，蒸汽通过细小的密封口缝隙时，会发生压力突变，从而引发容器内温度变化。举个例子，拥有自行车的朋友在给轮胎放气的时候，气门芯周围温度会急剧下降，更有甚者会出现冰结晶的现象。

这一说法和气压骤降的说法结合就显得科学得多。装满沸水的容器在沉入深井中后，其中水蒸气会迅速地带出容器中大量的空气，再加上容器内气压骤降，可以说近乎达到了真空状态，这样就可以制造出一定的冰。

为了验证这种制冰方法是否真实，李志超教授指导其学生赵虹君硕士进行了相关制冰实验。取1升玻璃瓶装上少量水和温度计，密闭后煮沸，并迅速将玻璃瓶浸入冷水中，在一定时间后打开瓶口排除里面气体。实验观察到，瓶内水温在一段时间后确实下降到7℃，离制造真正的冰只有一步之遥。实验结果显示，如果古人制冰发放和步骤更加合理，深井等环境要求更加合适，很有可能会得到少量冰，但是需要大量的人力、物力，不是王公贵族估计很难得福享用了。

中国何时开始普遍享受冰的

相对西周乃至西汉，无论国力还是民智都有很大的局限性，冰一般作为奢侈品被统治阶级和富有的人才能享受到。但是作为古代最为著名的唐宋时期，冰终于走进千家万户，成为夏天百姓降暑较为普遍的消费品。

在唐朝晚期，有人发现了硝石溶于水时，可以迅速吸收热量，让周围的物体上霜或结冰，进而发明了一套制冰方法。首先在大盆中盛满水，然后在水中放置小盆同样加满水，大盆水中放入一定量硝石，待硝石融化之后，小盆中的水就凝结成冰了。这种方法成本相对较低，并且使用的硝石可以提取重复利用，在民间迅速流传开来。宋代杨万里诗中曾经写到：帝城六月日卓午，市人入炊汗如雨。卖冰一声隔水来，行人未吃心眼开。就描述了市集上出现的夏日卖冰和行人买冰的情形。

发展至元明清之后，百姓已经开发出一系列冰饮，如冰茶、冰果饮等，让炎热的夏天能够有增添一种消暑方式。

这里需要说明的一点是，硝石制冰方法有个缺陷，就是制造出来的冰非常细碎，很难形成冰块，保存时间非常短，仅仅能配制冰水而已。真正的有效制冰还是要等待冰箱的真正出现。

冰箱的发明之前和之后

相较中国古人的智慧而言，其他国家因为文明发展较晚，环境更加特殊（四大文明古国中的三个位于气候更加炎热的地区），历史上更多是采用冰窖储存的方式保存冰，而没有出现像我国的2000多年前《周礼》记录储存冰，以及《淮南子》记载制冰的相似记录。

直到1873年，德国化学家卡尔·冯·林德设计了一台用蒸汽机为动力、氨为动力的冷冻机，才真正地解决了西方制冰的难题。他在之后进行了优化改进，小型化了冷冻机的体积，到1891年时，该冷冻机已经在德国和美国售出1200台。

中国在40年代从美国进口了第一台电冰箱，从此走上了追赶发展的历程，1954年沈阳的一家医疗器械制造厂成功推出了国产第一台电冰箱，从此这种便利的制冰设备才走进国人的生活中。

中国的制冰历史足以让国人引以为傲，时代的脚步推动更先进便民的科技发展，我们应该秉承祖先的优良发明创造传统，在广阔的未来持续创新，保持强大的竞争力！

作者：旧时梦话 初审：丁孩儿 校稿编辑：W