2000年前中国古人热水造冰?困扰物理学家多年,究竟是什么原理?

贵圈知多少 2024-09-10 02:11:14

文|编辑|麦麦

炎炎夏日,酷热难耐。

现代人解暑方式是空调,古代人的消暑方式却是冰块。

众所周知,古代并不像现代一样,科技如此发达。

但架不住老祖宗有智慧,2000年前古人为了消暑降温,竟用热水造冰块!

热水和冰同时出现,还有着相辅相成的联系,着实是惊呆现代人。

不过令物理学家百思不得其解的是,热水到底是如何制造成冰的呢?

这个问题困扰现代人多年,“热水制冰”究竟是什么原理?

一、热水如何制成冰:物理学家猜测

对于现代人来说,要想得到一些冰块简直是手到擒来。

不仅可以用冰箱,还有专门的“制冰机”,只需片刻就能得到满满一桶。

无论是大人还是小孩,都能轻松操作下来。

反观古人,在那个科技不发达的年代,他们又是如何制冰的呢?

2000年前,西汉淮南王刘安以及他的门客,一同撰写了一本书籍,名为《淮南万毕术》。

这本古籍主要记载了中国古代学者在物理、化学以及科学领域,这几个方面的探索和研究。

其中就包含了古人是如何“造冰”这个方法。

原文是这样记载的“取沸汤置瓮中,密以新缣(jiān),沈中三日成冰。”

从字面意思来看,首先取一些烧开的沸水放进一个容器中,再用干净的丝织物密封好,最后将盛有沸水的容器放入井中,只需三日就能得到冰块了。

这样解释下来,发现古人制冰好像也没有想象中的那么困难。

但事实果真如此吗?

物理学家为了验证这种方法的真实性,立马开启了实验。

古人将沸水放入深井中制冰,其实是利用了压强原理。

酷热的夏天,地表温度热得能把鸡蛋烫熟,但是深井中的水却十分冰凉。

众所周知,想要让水结成冰,就必须要满足温度为0的条件。

但是容易忽略的一点是,水的凝固并不是一成不变的,会随着环境的变化而变化。

例如,在喜马拉雅山上烧水,温度只需达到73.5摄氏度,就烧开了。

高压锅也是如此,密封的锅盖中形成了很多水汽,锅内的压强也随之增大,水的沸点也会提高。

如果不利用巧劲,光靠蛮力很难打开高压锅。

冰和水,在沸点上也有着一定的相似程度。

即便是将气压降到最低,最终还是没能成功将水结成冰。

后来现代物理学家又试图将原因,归结于盛水容器或是制冰步骤中。

来回试验了无数次,可大部分试验最终都以失败告终。

但也有人非常幸运,距离成功只差一步之遥,得到了一些碎冰渣。

可这种实验结果,严重偏离了物理学家们最初的设想。

既然不是压强原理也不是其他原因,那么古人制冰究竟是如何成功的呢?

二、祖先的智慧:冰块揭秘

“一杯热水喝一杯凉水同时放进冰箱里,哪个会先结冰冻住”

正确答案正如网友所说“热水”。

现代物理学家根据古书记载,完美地复刻了热水制冰的步骤。

但热水制冰和外界环境以及气压,有着密不可分的联系。

在深度为三米的水井中,根本达不到结冰的凝固点。

由此物理学家李志超得出了一个结论“气体在通过多孔物质时,会产生无法逆转的绝热膨胀,温度便会出现剧烈的变化。”

并且古人使用的容器,以及干净的丝织物具体是什么样的,并没有明确的记载。

这些是否是影响制冰的因素,或是一些关键的步骤并没有被记载下来,也是有可能的。

不过仅凭这些简单的记录,物理学家试验了无数次,终于功夫不负有心人,确实得到了一些成果。

我国科技考古系李志超教授带领学生,一五一十地还原了古人热水制冰技术。

由于在这之前有很多失败的案例,所以这次他们完全规避了这些影响因素。

最终他们发现,如果将沸腾的热水,迅速放进盛水的瓮器中,然后密封好防止空气流入。

接下俩便发生了神奇的一幕,刚刚还在沸腾的热水温度立马降到了20多度。

静置几个小时后,再让空气缓慢地流入瓮器,水就慢慢变成了冰。

他们为实验成功感到激动,但随之而来的问题是花费这么长时间只得到了一点冰。

古人消暑降温主要靠的就是冰块,完全使用这种方法只会供不应求。

况且在古代,或许只有皇室贵族才能使用冰块降温,普通百姓根本无权享受。

古人的“热水制冰”技术已经有了上千年的历史,不论是气候还是环境相比于之前都发生了很大的变化。

要想真正地凭借“热水制冰”实现冰块自由,恐怕只有古人才能做到了。

但古人造冰的方法可不止一种,“硝石”的出现,让我国的制冰技术又达到了另一个巅峰。

“硝石”又是如何被提取出来的呢?

《西游记》中,太上老君有一个专门炼制丹药的炉子,它也被称为“八卦炉”。

硝石制冰技术,就是古代炼丹术士无意之间发现的壮举。

值得一说的是,硝石的出现方式实在是过于滑稽。

据传,唐代一位炼丹术士突发奇想,先是将“尿”炼出了一些白色渣滓。

随后又将这些渣滓,投进了炼丹炉。

通常情况下,炼丹炉中液体很快就会沸腾,可是这次却迟迟没有动静。

这位炼丹术感到十分好奇,他对用尿提取出来的白色渣滓产生了极大的兴趣。

后来得知,原来这种白色“渣滓”,就是俗称的“硝石”。

当把硝石放进水中,会瞬间降温低至冰点,从而达到制冰的目的。

随着时间的推移,天然“硝石”开采技术越来越成熟,人们再也不用为冰发愁了。

那么古代人制冰,又是如何存储这些冰呢?

三、冰块的储存处处是智慧

经典宫斗剧《甄嬛传》中,就有这样一幕。

华妃娘娘为了消暑,直接让宫女放了一缸冰块在屋里。

想要更凉爽一些,一旁的宫女会在冰块旁扇风,从而挥散冰块上的凉气。

当然如果有皇帝赏赐的风轮,再配上大冰块,凉爽程度肯定更上一筹。

可是夏季温度高,冰块很快就会化掉,如何储存冰块也成了一个难题。

再加上皇宫贵族对冰块的需求很大,就连吃食中也会加上一些冰块消暑。

为了能延长冰块“寿命”,古人想了很多储存冰块的方法。

首先就是“冰窖储存法”,古人会挖地窖,用来储存冬天的冰块。

夏季地面温度高,但是越往下温度越低,这样一来就是一个天然的储冰窖。

第二个方法就是冰鉴,冰鉴通常是由青铜或者是陶瓷制成的双层容器。

在容器夹层中间,会放入一些冰块,外面会放一些水果或是饮品来保持低温。

这样既能做到消暑,又能吃到一些解暑的食物,一举两得。

第三就是冰室,这个和冰窖差别不大,只不过一个是地上、一个是地下罢了。

冰室通常是由厚厚的墙壁和屋顶建成,在平时也会尽量避免空气流入,里面可以储存大量冰块。

不过这种方法通常适用于皇宫贵族,普通百姓并没有这个条件。

但是总的来说,古人储存冰块的方式始终有限。

由于没有现代的制冷技术,所以冰块保存时间也相对来说比较短。

结尾:

他们的很多成就,有很多都是现代科学无法解释的。

不论如何,在科技匮乏的古代,古人的智慧实在是令人惊叹。

关于古法造冰,您有什么独到的见解呢?

信息源:

https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_18910668

http://china.cnr.cn/yaowen/20191224/t20191224_524910536.shtml

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