ムペンバ効果って何？ 143
ストーリー by Acanthopanax
製氷室には熱湯を入れないでください 部門より
製氷室には熱湯を入れないでください 部門より
実は以前日記に書いてアレたまにも載せたのだが、あのムペンバ効果がついにメジャーメディアにも取り上げられるようになったので、ひとつタレコもうかと。
ムペンバ効果。それは、Wikipediaでも解説されているように、既にギリシア時代から知られていたらしい。1963年に当時高校生のムペンバ君によって「再発見」されてこの名前がついた。それは、「お湯と水を凍らせたら、お湯の方が先に凍る（ことがある）」というもの。
7月9日のNHK「ためしてガッテン」でこれが取り上げられ、以来、あちこちのブログなどで論争になった。あの大槻教授のブログで「実に馬鹿馬鹿もの」と批判されたこともあって、ますます論争が沸騰（炎上？）している模様。家庭の冷凍冷蔵庫で簡単に実験できそうで、実際、もっともらしい実験報告があるなかで、科学的には未解明という、実にアレゲな話題ではないかと思うが、/.J の皆さんは、どう思われますか？
まだ解明されてないんですか (スコア:5, 参考になる)
お湯は冷水より早く凍る！ [research.kek.jp]
なんてのがあるんですが。
apjさんがすでに書いてます (スコア:5, 参考になる)
ムペンバ効果調査中（２） http://www.cml-office.org/archive/121712975379.html [cml-office.org]
Re:apjさんがすでに書いてます (スコア:2)
ムペンバ効果調査中（３）：ムペンバ君の報告 [cml-office.org]
ムペンバ効果調査中（４）：J-CASTニュースの記事 [cml-office.org]
（高校レベルの）熱力学では、定常状態に至るまでにどれだけの熱量（の除去）が必要であったかというような問題は解けるが、どちらが早いかはわからない。それを理解するには、熱伝導や流体の運動にも考慮しないといけない。ところが流体力学は非線形で乱流が起きたりもする。
なので、ムペンバ効果が起こりうるかという問題は、そういう実験結果があれば受け入れるしかなさそう。しかし、それが確率の問題であったり、ややこしい限られた条件下の問題であれば、早く凍らせるための裏技として使えるわけでもない。
と、言ったところでしょうかね。
まぁ、大槻教授と「あー、ゆうた。こー、ゆうた」やりあっても、あまり生産的ではなさそう。
大槻教授の“未解明”なものに対する態度 (スコア:5, すばらしい洞察)
流体の冷却なんて非線形物質の非線形物理なんだから
19世紀的な決定論物理で「常識的に判断」できないのは予想できるっていうか、
そもそも科学者が「常識的に考えて」文献も調査せず、追試もせず
いきなり「実に馬鹿馬鹿もの」っていきなり否定発言するのは科学者のセンス的にどうよ？って感じました。
#その後ご自身で実験されてますが。
ムペンバ効果調査中（１） [cml-office.org] ムペンバ効果調査中（２）：「ためしてガッテン」でどう扱われていたか [cml-office.org]の天羽さんの文献調査＋αのほうが科学者の態度としては冷静かつ適切なような。
Re:大槻教授の“未解明”なものに対する態度 (スコア:3, 興味深い)
以前「手のひらでモノを見る事が出来る」人の実験をやったときに、彼はそれを認めまいと
目からの情報を遮断するのは当たり前ながら、「目で見ても図形が見えない」状況をつくって
図形認識に失敗すると「何らかの方法で目で見ていたのではないか」と決めつけた。
「手のひらでも”目で見るのと同じ状態”を感じている」と言った仮説を立てようとせずに
否定するための状況を作り上げてしまった。
それ以来彼の思慮の浅い所が目につくようになってしまい、あげく今回は
「自前の実験もしないままに一蹴した」事はもう彼が学者としては底が見えた状態としか
思えずに落胆してしまった。
成功例がいくらもあるのだから原理は分からずとも「どういう状態だと失敗が多いか」
または「どういう状態だと成功が多いか」くらいは突き止めようと思って欲しい。
もちろん「他の研究があるからそんなに深入りできない」と失敗ばかりになった状態で
否定の結論を出したとしても、「いくつかの違った条件で複数回ずつ」やってみた結果で
あれば彼の結論を「信じるに値しないもの」とは思わないが。
Re:大槻教授の“未解明”なものに対する態度 (スコア:2, おもしろおかしい)
Re:大槻教授の“未解明”なものに対する態度 (スコア:2, すばらしい洞察)
むしろそこから誤りに気付けるか、誤りを認められるかどうかが本当の試金石ではないかと。
Re:大槻教授の“未解明”なものに対する態度 (スコア:2, 興味深い)
Re:大槻教授の“未解明”なものに対する態度 (スコア:2, おもしろおかしい)
Re:大槻教授の“未解明”なものに対する態度 (スコア:2, すばらしい洞察)
だれも「チョンボをチョンボと言うな」的な主張はしてないでしょう。ただアインシュタインのたとえに乗っていうと「アインシュタインって量子力学でチョンボするような奴だから科学者として終わってる。どうせ相対性理論もチョンボだろう」なんて広げて批判するのは無意味だという主張があるだけです。「そういう基本がなってない人が、大学の教師なわけで、これは空恐ろしい」なんて典型的な批判のための批判。
> アインシュタインは理論に対する好みを表明したまで
ちなみに確率解釈を受け入れなかった時点で好みの表明の域は超えてますよ。決定論的な解釈で何か説明できましたか？実験を説明できる理論よりもできなかった理論のほうを好みで選ぶというのは間違ったと同義でしょう。
肩持ちすぎ。
Re:大槻教授の“未解明”なものに対する態度 (スコア:2, 興味深い)
というのも、単に信じられない、だけではなく、最終的なジャッジについて「自然界が結論を出す」つまり「実験が判定する」というのを認めてたからです。
さまざまな量子力学に対するいちゃもんに、アインシュタインは実験で結論を出せるように疑念を表明しています。だから実際の結論が間違ってても発展に寄与できたわけです。
大槻教授はそのあたりちょっとどうかなあ。
Re:大槻教授の“未解明”なものに対する態度 (スコア:1, 興味深い)
私もそう思いますが、今の日本（特に若い人？）は一つの失敗で以って全人格を否定しかねない（「科学者として終わり」等）勢いで非難するのが流行してますね。疑似科学への反発が影響してるのでしょうか？
科学なんて実験してみりゃ決着がつく学問だけに人が間違ったことをいうことには余裕を持って接することができるはずですが。
Re:一つの失敗を死をもって償う (スコア:1, すばらしい洞察)
Re:大槻教授の“未解明”なものに対する態度 (スコア:1, すばらしい洞察)
彼らは誰よりも常識(既存の理論)を知る(知らねばならない)人々です。
だからこそ、誰も知らない新しい知見を目指せるのですよ。
既存の理論が強固だからこそ、それを打ち破る事に意味があるのです。
Re:大槻教授の“未解明”なものに対する態度 (スコア:1)
大槻教授はご自分の実験中、そういう「汚い言葉」をかけてしまい、それで水やお湯のクラスター構造が乱されてムペンバ効果が再現しなかったのでは？ B-)
冗談はさておき、その昔「常温常圧でも『熱い氷』という状態が存在するのでは？」と考えられた時期があったそうです。カート・ヴォネガットのSF小説やマイティジャックのネタにもなったので、1950年代頃の話でしょうか？ 現在は「熱い氷」の存在は否定されているようですが。
＃ 「常識的に考えて」ありえなさそうな物理現象って結構ありますね。粉粒体のふるまいとか。
Re:大槻教授の“未解明”なものに対する態度 (スコア:1)
逆に「冷たい水」というか過冷却状態の水なんてのは「ためしてガッテン」でも放送していたぐらいなので, 物性がらみの現象を否定するってのは容易ではないってことが, それこそ直感的に分かりそうなんですけどね.
Re:大槻教授の“未解明”なものに対する態度 (スコア:1, 興味深い)
>流体の冷却なんて非線形物質の非線形物理なんだから
ついでに実例をひとつ。
昼間の湖や海などで鉛直方向に微小なスケールで水温の鉛直構造を計測すると、
水面の温度の方が直下の温度より低いことが観測事実として知られています。
つまり、水面付近では「重いもの（＝冷たいもの）が軽いもの（＝温かいもの）」の上にあるのです。
はい、「常識的に考えて」ありえませんね。「実に馬鹿馬鹿もの」ですね。
でも、これは広く観測されている事実です。
Re:大槻教授の“未解明”なものに対する態度 (スコア:1)
大槻教授はもう研究者でも教授でもなんでもないわな (スコア:1, 興味深い)
自身の理論に固執しすぎて研究者として堕落しただけのこと
研究者とはなにか？と考えた場合
とりあえず現象が嘘か本当かを見極めるため中立の立場で
探求しよとするのが普通でしょう
それまでは、めったに中途半端な結論を述べるべきではないと思うよ
>>天羽さんの文献調査＋αのほうが科学者の態度としては冷静かつ適切なような。
これこそ、研究者としての発言だと思います。
Re:大槻教授の“未解明”なものに対する態度 (スコア:1, 参考になる)
ロバート・ゴダードだって、はじめは「高校生でもわかる常識を知らない」などと痛烈に批判されていたのに、今日では宇宙飛行は当たり前。
理論で分かっていても実験してみないと、本当に理論が正しいってわけではないでしょうに。特に今日の科学は「今まで信じられていた理論」を否定して成り立っているものもあるのに・・・。「言われてから」ってのは遅かった。
ムペンバ効果 (スコア:4, 参考になる)
ニューサイエンティスト誌の名物コーナー"The Last Word"にムペンバ君自身が投稿してます。
結局、結論は出ずじまいでしたが、1990年代にも同コーナーに同じ質問が投稿され、この時は7つもの回答が寄せられました。(この議論の詳細は"The Last Word"の翻訳本「つかぬことをうかがいますが…」(ハヤカワ書房)に載っています。)
ちなみに、その時の暫定的な結論は
・製氷皿が霜で覆われている場合は温水によって霜が解け、熱伝導率が良くなる。
・科学的組成(アイスだろうが水だろうが)はあまり関係がない。
・温度がある程度高いと対流のパターンが変化する。具体的には、
(1)温水だと表面から凍らないので、表面からの熱損失速度が比較的速いまま保たれる
(2)温水だと強い対流が生じ、全体が急速・均一に冷える
・この現象を研究しても教師たちは冷ややかな評価しかしてくれない
というものでした。
水は答えを知っている (スコア:3, おもしろおかしい)
寒いジョークを言い続けた方の水が速く凍るに決まっています。
「ためしてガッテン」では (スコア:2, 興味深い)
ムベンバ効果に関しては表面からの蒸発も対流も無い状態にして（例えば水に浸したスポンジをジャム瓶に入れて蓋をする），解放容器との対照実験をすれば何かわかることがあるのでは？ 熱量だけ考えれば大槻教授の言うとおりだと思うが，対流や表面からの蒸発の影響があり得ることを完全に無視するのは..........
Re:「ためしてガッテン」では (スコア:2, すばらしい洞察)
Re:「ためしてガッテン」では (スコア:2, すばらしい洞察)
『ムペンバ効果はありえません』
『早く氷を作るなら、一旦、お湯にしてから冷蔵庫に入れろ』
Re:「ためしてガッテン」では (スコア:2, おもしろおかしい)
家庭用冷凍冷蔵庫だから (スコア:2, 興味深い)
冷蔵庫で冷やしておいた水は逆に凍るのに時間がかかる、というような。
今思うに、家庭用の冷凍庫というのがキモではないかと。湯を入れると、冷凍庫のサーモスタットによって、より冷却側にスイッチが入る。冷水を入れると、サーモスタットの反応は鈍い。
だから、検証には、たとえば冷凍食品工場の冷凍倉庫のような環境（その実験機材を持ち込んだことによる霍乱の影響が十分に小さいといえる環境）での実験も必要だろうし、家庭用冷凍庫なら、温度センサーとの位置関係、冷凍庫内の温度ムラ、冷却装置の性能も調べる必要があろう。大槻先生の「実験」は、ちょっと単純に過ぎるような気がする。
すいません (スコア:2, おもしろおかしい)
実験してみました (スコア:2, 参考になる)
水 常温のもの
お湯 70℃ほどに加熱したもの
容器 おちょこ
検温器 水槽用の温度計(0～40℃)
おちょこに水とお湯をそれぞれ20ccほど入れ、冷凍庫中央に5cmほど距離を置いて並べて20分放置。
時間 水 お湯 状態
20分後 8℃ 8℃
30分後 2℃ 2℃ 水・湯ともに1mm厚ほどの氷の膜
40分後 1℃ 1℃ 同上
50分後 1℃ 1℃ 水・湯ともに2mm厚ほどの氷の膜
60分後 1℃ 1℃ 水・湯ともに3mm厚ほどの氷の膜
結果: ある程度の量の水で実験しないと意味がないことがわかった。
# みなさんも夏休みの自由研究にどうぞ。
冷蔵庫あるくらいでいばるな！ (スコア:2, おもしろおかしい)
その前が問題じゃん。
だいたいおちょこ２つしか入らない冷凍庫でいばってはいかんよ。
景気が良くなったらもっといい冷蔵庫を買おう。
実験してみた (スコア:2, 興味深い)
A=ポットのお湯８５度をガラス容器に入れて冷却して２７度
B=ポットのお湯８５度
容器に８文目まで入れる
００：４５ 冷蔵庫の冷凍室に入れる
A=８５度
B=２７度
０１：３０
A（湯）=表面に薄氷が張った 中心温度 －１度
B（水）=表面にAより厚い氷が張った 中心温度 １度
現状は中心温度はお湯からのほうが低い
Re:実験してみた (スコア:2, 興味深い)
＞A=ポットのお湯８５度をガラス容器に入れて冷却して２７度
＞B=ポットのお湯８５度
訂正
A=ポットのお湯８５度
B=ポットのお湯８５度をガラス容器に入れて冷却して２７度
-----
２：２０
A=中心を残して氷に
B=中心を残して氷に Aとほぼ同じ
※１：３０に氷を割って温度計を入れてたからかも？
考察
水の場合は冷気で冷やされたて過冷却の水が下に対流して全体の温度が下がる前に表面が氷で覆われてしまう.
お湯の場合は冷気で冷やされた過冷却の水が下に溜まってから表面が凍るので内部温度が低い状態で表面が氷に覆われる.
氷は冷気にさらされるよりも熱伝導率が低いので内部温度が低い状態で凍り始めたお湯のほうが速く凍る
事実は事実として受け止めるべきでは。 (スコア:2, 興味深い)
あれば、その根本的なメカニズムを解明しようとするのが
研究者としてのあるべき姿ではないでしょうか。
特に条件が厳しいのであれば、どのような条件が必要か等
解明していくのが良いかと。
そもそもこの現象を起こすこと自体、必ずそうなるといった
ことが無い以上、なおさらではではないでしょうか。
通常ではありえないとばっさり言い切ってしまうのは
考えることを放棄したと言うことですよね。
だからといって、この現象が社会的に大きな利益になりえるか
は不透明ですが。
もしかして、大きなチャンスが転がっているかも。
脱線してしまいますが、「考えることを放棄する」って、怖いですね。
昨今のニュースを聞いているとそう思ってしまいます。
そんなに変な現象か？ (スコア:1)
Re:そんなに変な現象か？ (スコア:3, 参考になる)
>凍るくらいに十分に放熱できれば湯の方が早く凍る。
いやいや、さすがにこれは突拍子もなさすぎ。
固液界面での熱交換ってそんなに速くないよ。まあ固液に限らず相境界の熱交換は非常に遅いけど。
あと凍るってのは統計的なものだから、分子一個で話をするのは無理なのです。
局所的に凍るというモデルを立てるならばなぜその熱勾配が非常に大きく、かつ十分長時間
保たれるのか、という説明が必要です。生じたその氷の微結晶が周囲の高温溶媒に対して安定で
なければ、すぐにまた融解してしまいますので。
またその他の急冷要因を考えるのであればもともと水であった物との温度差がなくなった瞬間以降も
その要因が続く理由は考えなくてはいけません。
#なんとなく要素として考えた方がいいのかなあと思ったのは湯気として登って上空で凝結した
#ぶんが後にゆっくり降下してくることによる結晶核生成とかその辺。まっとうに考えないと本当に
#関係あるのかどうかはわからんけど。
ムベンバな条件 (スコア:1, 参考になる)
(2)容器の側面や底面からの冷却は行われない、あるいは無視できるほど小さい
(3)自然対流以外の水の攪拌は行われない
やってみたい実験 (スコア:1)
2. お湯が沸いたら(100℃になったら)その一部を製氷機に注ぎ，冷凍庫に入れ氷を作り始めます．残りはそのまま沸かしっぱなしにします．
3. 適当な時間 t_0 たった後に，沸かし続けているお湯の一部を新しい製氷機に注ぎまた氷を作り始めます．残りはそのまま沸かしっぱなしにします．
4. 「3」を繰り返します．
つまり，冷凍庫に入れる時の温度は同じ(100℃を少し下回る位)で，製氷機に入れた時間が異なる試料がいくつかできるわけです．
ある時刻 t においては，温度の異なる水が複数存在することになります．
さてどれが一番早く凍るのでしょうか？
訂正 (スコア:1)
『製氷機』だと『冷凍庫』とほぼ同じ意味になってしまう・・・．
Re:やってみたい実験 (スコア:1, すばらしい洞察)
その何れも、「最初からその温度の水」を冷凍庫に入れた場合とは温度以外の条件が異なりますね。
Re:やってみたい実験 (スコア:2)
あーこれは確かに無いとは言えないかも．化学会なんかでも，ナノ粒子生成に使う前段階の
溶媒二種の混合（試薬はその後に入れる）で，その後数過程を経て生成するナノ粒子の粒径
分布が，単なる攪拌と超音波による(ミクロスコピックな)攪拌ではかなり異なり，単なる
攪拌で同様の分布を得るには数日間の攪拌が必要だったって発表もあったから，微視的に
十分攪拌されるには数日とかのタイムスケールが必要だって可能性もあり得なくはないか．
#機構は議論の余地はあるけど．
>磁力で水の分子を整列させるとどうのとか、
でもこれはさすがに……
磁力って馬鹿みたいに弱いので．いやもうほんと．
#下手に身の回りに例外的な存在である磁石（内部のスピンがほぼそろっているため，
#磁石同士では巨視的な力を及ぼしあう）があるせいか，磁場の弱さって一般の人には
#なかなか分かりにくいんですよね．
主婦的視点 (スコア:1, 興味深い)
きれいに凍らせるにはいいけど、加熱分無駄よね。夏場火焚いて暑いし
対流説 対流によって壁面にあたりそこから放熱、表面から凍らない
同上
蒸発説 蒸発熱で冷える
冷凍庫の霜とり結構大変なの
強冷説 冷凍庫が熱に反応して、強く冷却するため
エコエコ。あ「連続」にしてるから実はあまり関係ありません
Re:主婦的視点 (スコア:1, おもしろおかしい)
どーでもいいけど、冷蔵庫からの放熱で部屋が暑いわね。
エアコンの温度下げよっと♪
Re:主婦的視点 (スコア:1)
お湯を沸かして熱いうちに泡が立たないように容器に入れる。
とりあえず常温までさましてから冷凍庫に入れる。冷凍庫は弱めにしてゆっくり凍らせる。
周辺から凍ってくるが凍っていない部分は不純物が多いので捨てる。
空いた隙間に再び沸騰したお湯を静かに少しずつ入れる。氷の温度が低いと割れるので注意。
これを2～3回繰り返すと中央部のみ不純物混じりの白い部分ができるが、全体はかなり透明な氷ができあがる。
ここで冷凍庫を強くしてしっかり冷やす。
かっちりできあがったらビニール袋に入れて金槌でたたいてコップに入る程度に大きい固まりに砕く。
こうやって作った氷は溶けにくいしきれいです。飲み物もうまく感じます。
ということで、熱湯から作った氷、というかゆっくり凍らせた氷はおいしいです。お試しを。
早く凍っても省エネじゃない (スコア:1, オフトピック)
氷屋さんなどが「早く氷を作りたい」という場合ならば意味のある検証でしょうが、家庭ならば時間よりも省エネの方が大事でしょう。だいたい、今どきの家庭だと自動製氷装置つきの冷蔵庫が普及しているのでは……。
実験したくても…温水じゃ (スコア:1)
ブログを見る限り、実験できそうなことなのに、ムペンバ効果の実験を行っていなさそうな大槻教授も、温水を入れた後の冷凍庫の状態が心配なんだろーか。
今回の件で、教授は某番組の名前を「だまして、ガッテン」と変更してほしいと願っていたりして？
Re:実験したくても…温水じゃ (スコア:2, 参考になる)
それを受けたJ-CASTニュースの記事 [j-cast.com]では、今回のNHK実験の監修をされた北大低温研の前野先生が
と、コメントされています。
# NHKも「早く氷が必要な時はお湯を使う」とか、説明不足じゃないか？と思いますが、大槻先生もなぁ…
# 「ト」とのフロントラインに立っていると、いつしかあんな物言いになっちゃうんでしょうかね
エアコンで考えると納得できる？ (スコア:1)
同じく自動にしてある、少し涼しい部屋にいた入ったときだと、
前者の方が強なので、涼しいよ～ よく冷えるよ～ って話の冷蔵庫版じゃないの？と思うんだけど
その辺(冷蔵庫の設定）は、ムベンバ君もガッテンも考慮してるんだよね？
Re:自動製氷 (スコア:1, おもしろおかしい)
Re:実験も大切でしょうが、 (スコア:2, 興味深い)
液体状態から固形状態に遷移するにはそれなりのエネルギー+αが必要みたいなので。それが現れている例が過冷却 [wikipedia.org]とか雨氷 [wikipedia.org]で、0度C未満で液体で準安定状態になっています。で、その +α が何なのかですが、水分子を我に返らせるのに物理的衝撃がいいらしいので、物理的衝撃で与ええる何かってことでしょう。
あと、水の方は安静だけど、お湯の方は攪拌されてるなどの条件の違いが熱量の輸送に差をつけて、一見お湯の法が早く温度が下がって見えるということもあるかもしれません。
以前に真冬にボイラーストーブが突然機能しなくなって鉛管工の人に来てもらった時に言われたのが、パイプが凍る時はほとんど冷水じゃなくて熱水パイプのほうだということです。勝手な妄想ですが、真冬に水はあんまり使いませんが、ストーブがわりの熱水はパイプを流れていて、パイプの一部が氷点下に落ちた状態だとパイプを流れることが攪拌の代わりになっていたということもありえるかもしれません。
とりあえず、再現手順が明らかにならないかぎりはパラメータが多すぎて何が「ムペンバ」なのかはっきりしないかも。
Re:みんな (スコア:2, おもしろおかしい)
ただし、上記の科学的解明はされていない。
経験的裏づけは、山ほどある。(悲
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