2000年前中国古人如何用热水成功造冰，是困扰物理学家的巨大难题最近这几天

最近这几天，大家都感受到夏天的威力了吧～出去一趟，爆炒；游了个泳，水煮；回来的路上，生煎。这个时候，唯有冰饮、冰棒、冰淇凌才能抚慰我们，很多人很好奇，古人的夏天，究竟是如何解暑的呢？
其实古人在夏天也会喝冰饮，早在春秋战国时期，古人就会专门凿冰窖，在寒冬取冰储存到夏天使用，除此之外，古人其实也会自己制造冰块，这项技术被称为“夏造冰” 。

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在我国的典籍文献中,很早就有“夏造冰”的记载。如《庄子·徐无鬼》中说:“……其弟子曰:`吾得夫子之道矣,吾能……夏造冰矣' 。 ”魏晋时成书的《关尹子·七釜篇》中说:“人之力可以夺天地造化者,如冬起雷,夏造冰。 ”类似说法,在汉、唐时期,直至明代都有文献记载。
这些古籍中记载的“夏造冰” ，一般被称为中国古代最原始的人工制冰技术。

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夏造冰是什么
【2000年前中国古人如何用热水成功造冰，是困扰物理学家的巨大难题】所谓“夏造冰”就是用热水来造冰，热水怎么可能造冰，这是普通人听到之后，脑子里蹦出来的第一个想法，这同样也是困扰物理学家的一个难题。古人是否真的实现过“夏造冰”？或者说，如何才能“夏造冰”呢？这是一个悬而未决的科技史问题。
《淮南万毕术》中记载了比较具体的“夏造冰”方法:“取沸汤置瓮中，密以新绿，沈（井）中三日成冰” 。科学家研究夏造冰的可能性，也是从这延伸展开的。

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在早期，中国著名物理学史家洪震寰他认为《淮南万毕术》造冰法就现在看来,惟一可能的物理依据是随气压降低,水的冰点升高。在其《〈淮南万毕术〉及其物理知识》一文中指出:“沸水置入瓶中,瓶口密封,沉入井水中,瓶内温度骤降,液面气压大减,瓶内水的冰点是随之提高的……”然而每减少1个大气压,水的冰点才提高约0.008℃ 。因而他做出结论:“气压影响冰点甚微,所以照《万毕术》的记载,是无论如何不可能结冰的。 ”洪震寰否定了依靠水的冰点随气压变化关系而实现“夏造冰”的可能性,亦即彻底否定《淮南万毕术》之“夏造冰”之说。
夏造冰可行的论证实验
不过，中国科大科技史与科技考古系李志超认为，古人可能是通过气体绝热膨胀降温实现“夏造冰”的原理,并指导硕士生赵虹君做了一个“造冰”的示意性实验:“取一升容量的玻璃球形瓶,内装少量水,用橡皮塞密封.塞上穿有玻璃管,其下端直到瓶底,瓶内放一支温度计.玻璃管外端用橡胶软管接上,软胶管上装一个可调松紧的夹子.” ，通过模拟实验原则上证明了:沸水密封冷却,然后缓慢放气可以得到低温。
李志超后来提出了更为详尽的解释：
“一个细口大腹的瓶（瓮），里面盛水不多，煮沸一段时间，令瓶的整体与水同温，水蒸汽充满全瓶，原来的空气绝大部分被挤了出去，烧到水量所剩无几，立即用浸过水的细密的织物封口并沉入深井。在北方或高山区，盛夏天深井水也可在10℃以下。瓶子一凉，水汽凝结，瓶内气压大降，接近真空，待瓶温与井水近于平衡，立即取出，则缣开始透气（或因其上水膜晾开，或因外部压力作用）。这是减压膨胀，是吸热过程，瓶温因而下降。掌握得好，可以得到几丝冰渣，至少也可以使瓶内水温降到室温以下几度。 ”
李志超的实验在科技史界产生了较大的影响,如《中国科学技术史·物理学卷》及《中国古代科学技术史纲·理化卷》都收录引用了这项研究工作的结论。
后来中国科学技术大学教授康辉则提出，《淮南万毕术》“夏造冰”方案就可以解释为:在一个大瓮里放置一个盛沸水的杯子,用新缣密封,沉到井里三日,杯子里的水结冰。通过这个新的解读,把沸水盛于杯子,而不是直接倒入瓮中,假如在瓮中的杯子下面,垫一个不容易导热的木块,当瓮中空气由于蒸汽冰凝于瓮壁而稀薄时,根据液体抽气降温原理,“夏造冰”有可能实现。

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湘潭大学的雷志华教授也提出了低压下水快速蒸发吸热制冷是“夏造冰”的制冰原理，结冰的部位是在瓮口的缣（致密的布绢）上，而不是传统观点所认为的瓮底，并指出要实现“夏造冰” ，需满足三个条件：在相对湿度低（低于26％）、瓮的容积大（100升左右）、空气的温度适当（20℃左右）。结合定量理论计算和定性模拟实验，证实了“水快速蒸发吸热”造冰的可行性，但是造冰量很少，可以说投入产出比非常低。