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?

如史我聞 2024-09-28 16:56:32

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文|鱼的无聊人生

编辑|鱼的无聊人生

《甄嬛传》中华贵妃,一到夏天冰块简直不离身,冰镇食物更是必不可少。

华贵妃将冰块放入盛冰用的容器里,屋子里顷刻便凉爽起来。

观众不由地疑惑,中国古代夏天能保留这么多的冰块供人使用吗?

其实,这都离不开中国古人的聪明才智。

早在2000年前,古人就发明了神奇的制冰工艺——热水造冰。

可是这种古法工艺却让众多物理学家百思不得其解。

热水怎么可能会制冰呢,这其中究竟蕴含了怎样的原理?

困扰专家多年的热水造冰

早在春秋甚至更久之前,古人就开始广泛用冰。

当然,最初的时候,他们只是采取比较直接的方式,凿冰存窖。

冬日,一般会有专门的机构和官吏组织大量平民沿河或沿山采冰。

采凿的冰块几乎要装满整个地窖,这样的话,即便有些冰融化了,还有足够的冰。

可这就苦了凿冰的平头老百姓,寒风凛冽,还要在户外待七八个小时凿冰。

而且,这些平民凿的冰还要由他们亲自送到藏冰的冰窖中。

古人藏冰用的冰窖,只是挖了大约六米的土洞。

然而,看似简陋的冰窖,实际上却另有乾坤。

周围厚实的土墙,像给这些冰块盖上了大棉被一样,能起到很好的保温隔热作用。

地面上有专门引水的沟渠,方便排出储存过程中融化的部分冰水。

这样,到了夏天冰窖里还能保留上千块完好的冰块。

然而,再多的储蓄也架不住人的挥霍,不得已,人们不得不寻找新的办法。

随后,中国古人竟真发明了一种制冰工艺,而且是在千年以前。

战国时期,《庄子》就曾记载“吾能冬爨(cuàn)鼎而夏造冰矣!”

“夏造冰”,原来在庄子生活的年代就已经可以在炎炎夏日制冰了。

不过,他在书中并没有详细说明如何制冰。

直到西汉淮南王刘安在书中详细记录了古法制冰工艺。

“取沸汤置瓮中,密以新缣,沈(井)中三日成冰。”

中国古人尝试得知,将沸水放在瓦罐中,用丝帛封口;

然后将瓦罐放在深井中三日,内里的水就可以变成冰。

可是这千年以前的造冰术却让一众学者困惑无比,产生许多疑问。

首先,“夏造冰”怎么能用沸水了,开水怎么变成冰?

或许,沸水比常温水,抑或其他水更容易变成冰块。

1963年,国外一个小伙子无意间把热牛奶放在冰柜里了。

万万没想到,几个小时后,他的热牛奶竟比常温水更早冻住了。

热的溶液竟比常温更容易冷冻,这个神奇的现象迅速被科学家关注到。

但是这其中蕴含着怎样的奥秘,科学界却没有一个统一的解释。

有的认为热水与空气中的气温相差较大,热量更容易散发到到环境中;

有的认为热水中的气体含量少,冷却时气体逸出,使水的密度增加,更易结冰。

无论如何,热水较之其他确实更容易制冰。

那么,古人又是为什么要将盛热水的瓦罐封住,沉入深井中呢?

中国学者认为气压或许是水结成冰的关键所在。

气压和水的冰点呈反比,这样或许水在常温情况下就会结冰。

但是,他在做这个实验的时候,发现气压降低对水的冰点提高造成的影响不值一提。

故而,他否认了气压对水结冰产生关键作用这一猜想。

不过,很快,就有另一位学者还原了古代这种制冰工艺的全部过程。

他将沸水密封至烧杯内放在装满凉水的桶中,很快沸水就降至变成常温水。

但是,静置过后的水还不足以变成冰。

他将烧杯从桶中取出,原本沸腾的水挤压走的空气回来,水竟神奇地结了一层冰渣。

显然,这种先冷却、后存气的方法能够制出冰块。

古人密封用的丝帛非常透气,从深井中取出后,空气进入瓦罐,内里就会有层冰。

然而,这种制冰工艺很不方便,结出的冰只有一点点。

但聪慧的古人可不止发现了这一种“夏制冰”技术;

利用硝石造冰,才是我国古代制冰历史上最为强大的存在。

更为便捷的硝石制冰

早在春秋晚期,人们从墙角偶然发现了这种白色渣滓,硝石。

不过,起初硝石应用于医学,扁鹊就曾用它来治病。

故而,长此以往,硝石一直都被当作一位良药入药。

很多炼丹之人在制作丹药的时候就会加入硝石。

而到了唐代,逐渐有炼丹之人发现了硝石的又一大用处。

清虚子在炼丹时发现把硫磺、硝石再加上木炭放在一起,竟把铁制的炼丹炉炸坏。

于是他在自己的《太上圣祖金丹秘诀》就记录了这些物质混合后带来的爆炸效果。

之后,就有人有意识地加以制造,发明了火药,广泛应用于军事领域。

而几乎是同一时期,唐朝末年,人们发现了这种不起眼的东西竟然可以制冰。

说起硝石制冰的来历,还有些滑稽。

一位炼丹的修士突发奇想,打算尝试一种新配方。

于是他将墙角的白色渣滓扣下来,扔进了炼丹炉。

而这种白色渣滓,其实就是硝石。

结果炉中的水迟迟不开,他打开丹炉一开,水表面竟结了一层冰。

原来硝石溶于水中会带走大量的热量,水慢慢降温冰结冰。

这种制冰工艺的方法就这样在偶然之间被炼丹修士发明出来。

宋代以后,天然的硝石得以大量开采,硝石制冰成为了中国古人制冰的首选。

首先,古人将硝石磨成粉,加入大量清水搅拌后放在薄一点的瓷器中。

紧接着,找到一个大瓦缸,倒入足量的水。

之后,把混合着硝石的瓷器放入瓦缸内,把口密封放在阴凉处。

逐渐地,混合物就会带走瓦缸内的热量,缸内的水开始结冰。

这种制冰工艺十分简单,大街上随便一个摊贩都会做。

从宋代一直到新中国成立之后,小摊贩都采用这种方式制冰。

他们用制出来的冰做刨冰、冰镇饮料,抑或其他夏日解暑的必备品。

而且,硝石制冰有了个得天独厚的优势。

把混合着硝石的溶液脱水后,硝石粉末仍然可以二次利用。

将混合着硝石的溶液曝晒,或烧水把硝石中的水分蒸发,硝石粉末析出。

但是整个过程要注意分寸,因为硝石在高温下易分解,极有可能发生爆炸。

故而,古人平常在保存时,也大多把硝石放置在阴凉的场所。

除了硝石制冰这一黑科技外,古人还发现了一种常用的冷却剂。

这种冷却剂就是做饭时不可缺少的一味调料,食盐。

沸水中加入食盐可以吸收水中的热量,从而使开水冷却得更快。

不过几分钟的时间,热的食盐水就变成适宜入口的凉白开了。

但是,食盐只需要放入一点点就好,盐过量的话会使水的味道变得苦涩。

而且喝下这种食盐水还会使人感到愈发口渴,身体不适,对健康造成极大影响。

结语

或许,我们习以为常的冰镇饮料、刨冰,在古代都是不可多得的。

在古代,没有便捷的冷冻设备,古人依然能寻找制冰、藏冰的工艺。

无论是冰窖藏冰还是各种制冰工艺,古人向我们展示了他们的超绝头脑。

甚至直到现在,其中的一些古法制冰手段,硝石制冰仍然被有些人使用。

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