น้ำแข็ง เมื่อฤดูร้อนมาถึง หากคุณรู้สึกร้อน วิธีที่ดีกว่าในการทำให้ร่างกายเย็นลงคือการดื่มเครื่องดื่มเย็นๆจะดีกว่าด้วยน้ำแข็งก้อน หลังจากที่เข้าสู่สังคมอุตสาหกรรมแล้ว มันง่ายมากที่จะตอบสนองความต้องการนี้ แล้วคนเมื่อ 2,000 ปีก่อนล่ะ ในเวลานั้นผู้คนไม่มีเครื่องใช้ไฟฟ้าเช่นตู้เย็น และเครื่องทำน้ำแข็งเป็นเรื่องยากมากที่จะรู้สึกถึงความเย็นที่มาจากก้อนน้ำแข็งในฤดูร้อน อย่างไรก็ตาม ตามบันทึกของคนโบราณในประเทศของเรามีเทคโนโลยีการทำน้ำแข็งที่เกี่ยวข้องในสมัยราชวงศ์ฮั่นตะวันตกเมื่อ 2,000 ปีก่อน
โดยมีชื่อว่าเซี่ยทำ น้ำแข็ง หวยนัน วันบิชู เขียนว่าเอาซุปเดือดใส่โกศ เอาไม้ไผ่ใหม่ปิดไว้ และมันจะกลายเป็นน้ำแข็งในสามวัน แนวคิดทั่วไปคือการใส่น้ำร้อนลงในโกศจากนั้นจุ่มลงในบ่อน้ำ และใช้น้ำร้อนทำน้ำแข็งก้อน ฟังดูไม่น่าเชื่อใช่ไหม เพราะในความเข้าใจทั่วไปของเรา การทำน้ำแข็งก้อน สภาพแวดล้อมต้องเย็นพอ และต้องใช้น้ำเย็นหรือน้ำอุณหภูมิห้อง เราไม่เคยได้ยินเรื่องการทำน้ำแข็งด้วยน้ำร้อนเลย อย่าบอกว่าไม่เชื่อ
แม้แต่นักวิทยาศาสตร์ร่วมสมัยก็ยังไม่รู้ว่าปรากฏการณ์ หรือปฏิกิริยาแบบใดที่คนสมัยก่อนใช้ในการทำให้น้ำแข็งกลายเป็นน้ำแข็งจากน้ำร้อน ทุกวันนี้วิธีนี้ยังคงเป็นปัญหาใหญ่ที่รบกวนนักฟิสิกส์ อย่าเพิ่งรีบสงสัยว่าบันทึกนี้จริงหรือไม่ ส่วนบันทึกในหนังสือโบราณนั้นต้องพิจารณากันให้ละเอียด ต่อไปบทความจะกล่าวถึงความเป็นไปได้ของเหตุการณ์อย่างระมัดระวัง จากแง่มุมของประวัติศาสตร์การกำเนิดน้ำแข็ง ปรากฏการณ์ที่เป็นไปได้ และการวิจัยทางฟิสิกส์สมัยใหม่
การทำน้ำแข็งแบบโบราณ คนสมัยก่อนต้องการลิ้มรสเครื่องดื่มเย็นๆโดยปกติจะขุดชั้นน้ำแข็งในพื้นที่เย็นเพื่อให้ได้ก้อนน้ำแข็ง จากนั้นจึงคลุมด้วยผ้านวมหรือผ้า ขนส่งเป็นระยะทางไกล และสุดท้ายเก็บไว้ในห้องใต้ดิน เมื่ออากาศร้อนเพียงนำก้อนน้ำแข็งออกและเสิร์ฟ แม้ว่าวิธีนี้จะสูญเสียน้ำแข็งไปบางส่วนในกระบวนการทั้งหมด แต่การสูญเสียโดยไม่ได้ตั้งใจนี้เป็นที่ยอมรับอย่างสมบูรณ์ และห้องใต้ดินก็เย็นเหมาะสำหรับการเก็บรักษาสารนี้
แต่วิธีการทำน้ำแข็งในฤดูร้อนนี้ทำให้เกิดความสับสน และเทคนิคอันชาญฉลาดนี้ถือกำเนิดขึ้นเมื่อ 2 พันปีที่แล้ว เพื่อศึกษาวิธีการทำน้ำแข็งนี้ นักวิทยาศาสตร์ตัดสินใจทดสอบว่าเป็นไปได้หรือไม่ ผ่านการปฏิบัตินักวิชาการด้านการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในประเทศได้ทำการทดลองที่เกี่ยวข้องกับเรื่องนี้ และในขั้นแรกได้พิจารณาในทางทฤษฎีแล้วว่าวิธีการทำน้ำแข็งนี้ควรเป็นผลของทอมสัน
ในสถานะนี้ อุณหภูมิของของเหลวและก๊าซจะลดลงอย่างรวดเร็วระหว่างการขยายตัวของอะเดียแบติก และน้ำและไอน้ำจะถูกระบายออกอย่างรวดเร็วหลังจากที่โพรงของโกศได้รับความร้อน เมื่อปริมาณน้ำกำลังจะระเหย ปากโกศจะถูกปิดด้วยเชือกถักที่มีความสามารถในการปิดผนึกอย่างแน่นหนา จากนั้นจะจมลงไปในบ่ออย่างรวดเร็ว ความดันอากาศและอุณหภูมิที่ด้านล่างของหลุม ทำให้ภายในโกศเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว
การเปลี่ยนแปลงความคมชัดนี้ทำให้ความดันอากาศภายในโกศลดลงอย่างกะทันหัน ซึ่งใกล้เคียงกับสุญญากาศในระดับหนึ่ง วิธีนี้สามารถสร้างน้ำแข็งจำนวนเล็กน้อย แม้ว่าวิธีนี้จะทำให้กระบวนการผลิตน้ำแข็งจากน้ำร้อนพอใจในระดับหนึ่ง แต่ปริมาณน้ำแข็งที่ผลิตออกมานั้นน้อยมาก เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้ไม่ตอบสนองความต้องการก้อนน้ำแข็งของคนสมัยโบราณ
ณ เวลานั้นการทำน้ำแข็งที่ใช้เวลานาน และใช้แรงงานมากเช่นนี้ได้ประโยชน์น้อยเกินไป แผนการผลิตน้ำแข็งที่ได้รับการปรับปรุงซึ่งดำเนินการในห้องปฏิบัติการนั้น ไม่แตกต่างกันมากนักในหลักการ แต่วิธีการทำน้ำแข็งนี้ไม่เป็นไปตามประสิทธิภาพการผลิตของสมัยโบราณ และต้องมีการควบคุมตัวแปรเงื่อนไขอย่างแม่นยำมากจึงจะผลิตน้ำแข็งได้สำเร็จในปริมาณหนึ่งบล็อก ผู้คนยังไม่รู้จักวิธีการทำ น้ำแข็งในห้องปฏิบัติการนี้ แต่วิธีนี้ทำให้หลายคนนึกถึงวิธีอื่นที่เป็นไปได้
นั่นคือ เอฟเฟกต์เอ็มเปมบา ซึ่งตั้งชื่อตามนักเรียนชื่อเอ็มเปมบา ในปี 1960 เป็นเอฟเฟกต์ที่น้ำร้อนหรือของเหลวเย็นลงเร็วกว่าของเหลวที่เทียบเท่ากันที่เริ่มเย็นลง เมื่อน้ำร้อนเย็นลง ของเหลวจะสูญเสียมวลเนื่องจากการระเหย และของเหลวที่เบากว่าจะไหลลงมา อุณหภูมิจะสูญเสียความร้อนน้อยลงดังนั้นการทำความเย็นจึงเกิดขึ้นเร็วขึ้น น้ำร้อนมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในกระบวนการนี้ ดังนั้น น้ำร้อนจึงกลายเป็นน้ำแข็งก่อน
แต่การทดลองนี้ต้องทำให้แน่ใจว่าน้ำถูกทำให้เย็นลงโดยการระเหยเท่านั้น และเก็บไว้ที่อุณหภูมิที่เท่ากันดังนั้นน้ำที่ค่อนข้างอุ่นจะแข็งตัวก่อนน้ำที่เย็นกว่า การทดลองเกี่ยวกับผลกระทบนี้เริ่มด้วยไอศกรีมผสม ซึ่งเริ่มแข็งตัวก่อนที่จะเย็นลง นอกจากนี้ยังพบความแตกต่างที่ผิดปกติในของเหลวอื่นๆรวมทั้งน้ำด้วย นักวิทยาศาสตร์หลายคนได้ทำการทดลองหลายอย่างเกี่ยวกับมันและผลลัพธ์ก็คล้ายกัน โดยพื้นฐานแล้วการผลิตน้ำแข็งและปรากฏการณ์ ด้วยวิธีนี้คล้ายกับที่บันทึกไว้ในหนังสือจีนโบราณมาก
ปัจจุบันวงวิชาการได้เสนอความเห็นต่างๆ นานาเกี่ยวกับปรากฏการณ์น้ำแข็งที่เกิดขึ้นนี้ นักวิชาการบางคนเชื่อว่านี่เป็นวิธีที่เย็นยิ่งยวด ในการทำน้ำแข็งจากของเหลวโดยปกติแล้ว น้ำจะมีอุณหภูมิถึง 6 ถึง 18 องศาเซลเซียส ก่อนที่จะแข็งตัวตามธรรมชาติ สถานะของน้ำในกระบวนการนี้ไม่เสถียรมาก ในบางกรณี ส่วนที่ร้อนกว่าของน้ำจะเริ่มแข็งตัวก่อน และเมื่อสมดุลโดยรวมถูกรบกวน น้ำจะแข็งตัวอย่างรวดเร็ว แต่จุดวิกฤติแบบนี้ควบคุมได้ยากเนื่องจากของเหลวต่างชนิดกันมีคุณสมบัติของของไหลต่างกัน และส่วนผสมในนั้นก็ต่างกันด้วย
แม้แต่น้ำ 1 ถ้วย ที่คล้ายกันก็ยังมีสิ่งเจือปนต่างกัน ซึ่งจะส่งผลต่อกระบวนการแช่แข็ง ในเรื่องนี้นักวิทยาศาสตร์บางคนไม่พอใจนักวิจัยที่ไม่เห็นด้วยกับข้อความนี้ เชื่อว่าตัวแปรของการทดลองประเภทนี้มีอิทธิพลมากเกินไป และผลลัพธ์ข้อมูลจำนวนมากอาจเป็นผลลัพธ์อื่นหากเงื่อนไขเปลี่ยนไป ยิ่งไปกว่านั้น การทดลองเดิมใช้ไอศกรีม และสิ่งเจือปนในส่วนผสมที่ซับซ้อนนี้ทำให้เกิดความเร่งในระดับหนึ่ง เนื่องจากจุดเยือกแข็งที่แตกต่างกัน ทำให้ของเหลวแข็งตัวเร็วขึ้น ด้วยการใช้การจำลองระดับโมเลกุล
นักเคมีได้หักล้างแนวคิดของผลกระทบของการไหลของอากาศ โดยอ้างว่าผลกระทบของเอ็มเปมบา ควรเกี่ยวข้องกับธรรมชาติของพันธะไฮโดรเจนในน้ำ คุณสมบัติของน้ำในสถานะของเหลวมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับเครือข่ายของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุล และนักวิจัยได้ใช้สเปกโทรสโกปีแบบสั่นสะเทือนและการทดลองจำลองน้ำเพื่อแยกแยะความสัมพันธ์นี้ ขณะที่อุณหภูมิลดลงอย่างต่อเนื่อง โมเลกุลของน้ำจะก่อตัวเป็นชิ้นส่วนพันธะไฮโดรเจนจำนวนมาก
ซึ่งก่อตัวเป็นโครงสร้างผลึกของน้ำแข็ง พันธะไฮโดรเจนไฟฟ้าสถิตที่อ่อนกว่าในน้ำร้อนจะเริ่มแตกก่อน และจำนวนชิ้นส่วนของพันธะไฮโดรเจนจะมากกว่าในน้ำอุณหภูมิปกติจากมุมมองของการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลนี่ อาจเป็นสาเหตุว่าทำไมน้ำร้อนจึงกลายเป็นน้ำแข็งเร็วกว่าน้ำเย็น อย่างไรก็ตาม ปัญหาก็เกิดขึ้นอีกครั้ง เมื่อการทดลองนี้ได้รับการยืนยันในศูนย์ทดลองบรรยากาศอเมริกัน อุณหภูมิของห้องทำน้ำแข็งอยู่ที่ต่ำถึง 15 องศาเซลเซียส และความเร็วในการแช่แข็งของถาดน้ำแข็งต่างๆ ก็ไม่เท่ากัน
ความแตกต่างก็คือ มีขนาดใหญ่มาก ถาดน้ำแข็งบางถาดใช้เวลามากกว่า 1 ชั่วโมง ในการแช่แข็ง ขณะที่บางถาดใช้เวลามากกว่า 10 นาที ในการแช่แข็ง เห็นได้ชัดว่ามีปัจจัยผันแปรมากมายที่ต้องควบคุมโดยเทียม มันเป็นการทดลองที่ดูเหมือนธรรมดาที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์สับสน ไม่ว่าคุณจะมองมันอย่างไร มันก็ดูเหมือนจะเป็นไปได้ แต่จากการทดลองที่ทราบเหล่านี้ ข้อความจะไม่เหมือนกัน ชุดของการศึกษาจากอุณหภูมิ การพาความร้อน ตัวถูกละลาย พันธะไฮโดรเจน การระเหย เป็นต้น
สามารถพิสูจน์ได้ แต่ไม่มีวิธีใดที่เป็นสากลอย่างสมบูรณ์ในการอธิบาย ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ได้เริ่มศึกษาปัญหานี้จากมุมมองของของไหลแม่เหล็ก ปัญหาทั้งหมดก็ลึกลับมากขึ้นเรื่อยๆ สรุปแล้ว มีบางอย่างเกี่ยวกับวิธีทำน้ำแข็งของคนสมัยก่อนในประเทศของเรา ตามทฤษฎีแล้ว น้ำแข็งสามารถสร้างได้ตราบเท่าที่ยังใช้งานอย่างถูกต้อง แต่ปมของปัญหาคือวิธีควบคุมตัวแปรของการดำเนินการนี้และวิธีดำเนินการแต่ละลิงก์ ซึ่งเป็นเรื่องที่ลำบากที่สุด
แม้ว่าวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ยังไม่สามารถแก้ปัญหาการทำน้ำแข็งในสมัยโบราณได้อย่างสมบูรณ์ แต่โชคดีที่เราไม่จำเป็นต้องลำบากเหมือนสมัยโบราณหากเราต้องการรู้สึกหนาวในวันนี้ อย่างไรก็ตาม นี่ยังแสดงให้เห็นว่าภูมิปัญญาของคนทำงานสมัยโบราณในประเทศของเรานั้น ทรงพลังมากความสามารถในการสังเกตอย่างพิถีพิถันของพวกเขา ช่วยให้พวกเขาได้ลิ้มรสเครื่องดื่มเย็นๆในฤดูร้อนด้วยวิธีนี้ เราต้องชื่นชมความสามารถในการลงมือปฏิบัติของพวกเขา
นานาสาระ: สุขภาพ วิธีการตรวจสุขภาพด้วยสร้อยข้อมือ นาฬิกาและอุปกรณ์ต่างๆ
