任何液体在一定的温度下，都会转化为固体。 标准大气压下，温度低于0℃，水就会结冰；任何压力下，水温低于冰点温度就可以结冰。 而且水结成冰后，体积会增大。

　　原因：液态水中水分子排布不规则，凝固后，排布变规则了，由于氢键的作用，水分子间形成四面体结构，使得水分子间的空隙变大，所以水变冰后体积增大。含氢键的无机物质主要有水、氨和氟化氢，他们在凝固时都变成空间多面体（水、氨为四面体，氟化氢为空间双链结构），所以他们都会冷胀。有机化学中大部分含氧衍生物都可能有氢键，但是基于碳架的影响，其氢键形成情况会非常复杂。

首先你的题目很好，但有一点我必须指出，病的密度是0.9是指在标准状态下，也就是一个大气压的情况下，冰的密度是0.9！随着压强的升高密度也会升高！

我的答案是：
分三种情况：1容器内部应该是冰水混合物（一般情况下）

水的冰点随气压而变，当温度下降时，水变成冰。容器内压强部压强变大，水的冰点变小。水结冰时，体积突然增大11%左右。据科学家观测，在封闭空间中，水在冻结时，变水为冰，体积增加所产生的压力可达2500个大气压力。水的冰点随压力的增大而降低。大约每升高130个大气压，水的冻结温度降低1摄氏度。我不同意前面朋友的算法！道理很简单水变成冰是一个渐变的过程，是由量变导致质变。在没有转化成冰的情况下，压强不会改变，也就不会引起冰点的变化，所以我们不能从整体体积的改变来笼统的衡量水冰点的变化。当一部分水变成冰，压强增大，冰点降低，剩下的水就越难变成冰，所以到最后仍残留一部分水！
且因为容器内的压强增大，冰水混合物中的冰、水的密度都比标准状况下的低！
2：还是水，这种情况极特殊，要求水是高纯水。和楼上的差不多就是关于过冷水的问题
水的凝结凝固和气化的不平衡状态可以持续相当长的时间。水凝固成冰的一个必要条件是：必须有凝结核。它可以是微小的冰晶，可以是水中的悬浮物，可以是器皿的壁。如果不具备这些条件，液态水可以较长时间保持在冰点以下而不结冰。如果这时突然有凝结核闯入，则结冰异常迅速。如果高空大气中有这样的水滴，对飞机的安全是一个严重挑战。
气态水凝结成液态水也是需要凝结核的。
水的沸腾也需要一个类似的条件，但不是凝结核，而是水中的微小气泡或容器壁表面的微小气泡或是容器表面极其微小的的裂纹中的空气。否则极易形成过热水。
3：还是谁，当往水中加盐时，水的冰点随盐度的增加而降低;
温度低了也不会结冰。

1如果你的容器是完全隔热的。那里面的就是水。而零下50度只是相对外面而言。。
如果你的容器不隔热。。也就是会传热。零下50度水会变成冰（如果在1kpa）。。但你的容器是想像出来的。所以跟本不可能。。
综上。前人总结的都是真理。
2 你提到的题目中，水还是能够变成冰的！！！！！

大家都知道，空气是很容易被压缩。但大家都忽略了一点，就是任何物质都能够被压缩。

以下是依据：

1.在正常大气压下，水结冰时，体积突然增大11%左右。据科学家观测，在封闭空间中，水在冻结时，变水为冰，体积增加所产生的压力可达2500个大气压力。
2.水的冻结温度随压力的增大而降低。大约每升高130个大气压，水的冻结温度降低1摄氏度。

以此不难算出水在极其密闭的空间里最低可以零下20摄氏度左右不会结成冰，但再低，水依然会变成冰的，只是冰也会被压缩，就像前面提到的。超过2500个大气压时冰就会像气体一样，随着压力增加所减小。以符合该容器的体积。
3如果你的容器是一个刚性容器，结果肯定是水结成密度为1.0的冰。
因为在零下50度的环境里水依然会结成冰，但由于你的容器是一个刚性的容器，所以体积是不会发生改变的，而导致的结果必定是冰被压缩。。。。。。
如果这时在刚性容器上开一个小孔，冰将会从小孔里喷出约11%
4可以，像楼上说的加压应该可以，但是如果不具备加压条件的话，我们可以往水里加入盐份。比如氯化钠，氯化钙等。或者假如一些乳化剂或油性物质进行复配，可以是其在一定的温度下保持液态。

在标准大气压下 水在0度以下会结冰 你把它装在坚固密闭的容器里（注满水，就不存在大气压）放置0度以下的环境中 通过热传导 水的温度会下降到0度以下 但是坚固的容器内壁会给水巨大的压力（压力不一定非要气体产生，冰密度0.9，水结冰要体积膨胀，但是只要容器气密性和抗压性很高的话，压力就会作用水 使其无法结冰。你想的很有道理，只是你忽略了容器的反作用的压力（水变冰要膨胀，就会对容器有作用力，同时容器也会水有反作用力。你是个聪明的孩子，积极思考，不错！）我不同意 前面beer_boy的观点，即使在2500个大气压下冰不会汽化，很简单容器的体积一定，汽化需要更大的体积，只有高压缩的冰才有可能

气压问题
回答者：Lyon520 - 魔法师 四级 12-10 20:13

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加压
回答者：00漫漫 - 秀才 二级 12-10 20:14

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要是这个容器足够结实的话，水还是液态，不过容器内部的压强将是非常大
回答者：浮生世轩 - 秀才 二级 12-10 20:16

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我曾经回答过一个超临界的问题,过冷水是存在的,过饱和状态也存在,但必须有相应的条件,也就是说当条件消失,马上会回到稳态,如水立刻结冰.
回答者： whhwxy - 魔法师 四级 12-10 20:20

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问题是：
假设有一个容器,在任何的状态下都不会改变容积,假设容器足够结实，把水装在里面,把这个容器放在负50度的条件下，会有什么情况发生呢！

我回答的是：
水会边成冰！ 因为在没有其他作用的情况下！：）
回答者：udiab8 - 童生 一级 12-10 20:21

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“一个科学的事实,冰的密度是0.9, 还是别的情况,水在0度以下还是水,这也不对啊,也改变了一个科学事实啊,水是会在0度以下结冰的啊”注意！这是在标准状况前提下的！
回答者：星光下的雨 - 助理 二级 12-10 20:22

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可以，像楼上说的加压应该可以，但是如果不具备加压条件的话，我们可以往水里加入盐份。比如氯化钠，氯化钙等。或者假如一些乳化剂或油性物质进行复配，可以是其在一定的温度下保持液态。
回答者：安琪的鹿儿冰冰 - 见习魔法师 三级 12-10 20:22

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如果这个容器够结实，水也是满的话那就有可能在0度下不结冰啊。
回答者：我爱黄丽华 - 试用期 一级 12-10 20:23

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如果容器里都是水的话，那容器会被涨坏。水结冰体积会膨胀。
回答者：yin风之翼 - 试用期 一级 12-10 20:30

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有的 这也跟压强有关！加压的话可以提高水的冰点，当温度低于0度时是可以不结冰的！
回答者：我是小君君 - 魔法学徒 一级 12-10 20:32

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与压强有关！体积关系不大！超临界问题！我觉得还是应该看一看此时的洋枪会如何变化！
回答者：cryingwind528 - 童生 一级 12-10 20:36

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不会结冰。按给定的条件，容器内的压力会增大，此条件就限制了水结冰，有一篇课文《小草》，如果上面的石头重量无限的大，小草也是出不来的。
回答者：神八 - 助理 二级 12-10 20:41

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当然会，如果不是在不准大气压下的话。
回答者：小叮当紫丁香 - 试用期 一级 12-10 20:42

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晕‘‘‘
在北极的冰地打个洞‘‘那水就在0度以下拉‘
不用那么复杂‘‘
回答者：孔伯伯 - 见习魔法师 二级 12-10 20:44

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当然存在液态冰啦!
回答者：赵炎真帅 - 童生 一级 12-10 20:46

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主要还是和压力有关！！！
回答者：yanbanan008 - 魔法学徒 一级 12-10 20:46

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会啊
只是看在什么地点，气压多大的问题而已。
回答者：日木曦子 - 助理 二级 12-10 20:48

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你提到的题目中，水还是能够变成冰的！！！！！

大家都知道，空气是很容易被压缩。但大家都忽略了一点，就是任何物质都能够被压缩。

以下是依据：

1.在正常大气压下，水结冰时，体积突然增大11%左右。据科学家观测，在封闭空间中，水在冻结时，变水为冰，体积增加所产生的压力可达2500个大气压力。
2.水的冻结温度随压力的增大而降低。大约每升高130个大气压，水的冻结温度降低1摄氏度。

以此不难算出水在极其密闭的空间里最低可以零下20摄氏度左右不会结成冰，但再低，水依然会变成冰的，只是冰也会被压缩，就像前面提到的。超过2500个大气压时冰就会像气体一样，随着压力增加所减小。以符合该容器的体积。
回答者：beer_boy - 试用期 一级 12-10 20:52

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在气压低于常压时不会
回答者：素素不系舟 - 童生 一级 12-10 21:12

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当然能拉
回答者：81669427 - 试用期 一级 12-10 21:18

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压力!学学物理高二教材就能解释！
如果不懂我在详细答案给你！
回答者：xzl43 - 助理 二级 12-10 21:18

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如果你的容器是一个刚性容器，结果肯定是水结成密度为1.0的冰。
因为在零下50度的环境里水依然会结成冰，但由于你的容器是一个刚性的容器，所以体积是不会发生改变的，而导致的结果必定是冰被压缩。。。。。。
如果这时在刚性容器上开一个小孔，冰将会从小孔里喷出约11%
回答者：HuntT_G - 试用期 一级 12-10 21:18

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我回答的是：水会边成冰，冰的密度为0.9并不是没有任何条件的。
-50度的情况下，水会变冰，在容器壁的压强下压缩了冰，使其密度变成1。
（一点很重要，你的问题的根本所在就是不理解密度的定义是有条件的）
回答者：zgmtczkb - 试用期 一级 12-10 21:28

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你提到的题目中，水还是能够变成冰的！！！！！

大家都知道，空气是很容易被压缩。但大家都忽略了一点，就是任何物质都能够被压缩。

以下是依据：

1.在正常大气压下，水结冰时，体积突然增大11%左右。据科学家观测，在封闭空间中，水在冻结时，变水为冰，体积增加所产生的压力可达2500个大气压力。
2.水的冻结温度随压力的增大而降低。大约每升高130个大气压，水的冻结温度降低1摄氏度。

以此不难算出水在极其密闭的空间里最低可以零下20摄氏度左右不会结成冰，但再低，水依然会变成冰的，只是冰也会被压缩，就像前面提到的。超过2500个大气压时冰就会像气体一样，随着压力增加所减小。以符合该容器的体积。
回答者：听雪轩535 - 见习魔法师 二级 12-10 21:28

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如果你的容器是完全隔热的。那里面的就是水。而零下50度只是相对外面而言。。

如果你的容器不隔热。。也就是会传热。零下50度水会变成冰（如果在1kpa）。。但你的容器是想像出来的。所以跟本不可能。。

综上。前人总结的都是真理。

我认为可能是不会结冰.虽然现在我脑子优点混乱,但希望讲得清楚明白一点.
物质之所以以固态、液态、气态三种不同的形式存在，应该是看物质分子间的距离。如果分子运动得越激烈的话，分子间的距离相对来说就大。（物体温度也相对地增大）如果分子贴得紧，那么这物体就呈固态形式。当分子间的距离再分散一点，分散到某个程度，也可以说是某个温度的时候，物质便呈液态。（可能便是所说的熔点）气态也以此类推。所以物质呈哪一种形态取决于物质分子间的间隙大小。
如题目所说，既然这个容器始终把这里面的水压缩着，也就是不让它分子间的距离变大，那么水也就不会结成冰。但这容器又是导热性能好的话，那么应该可以这么解释：容器内壁一直紧压着水，也就是一直在对它作功（机械能），机械能转化为内能。由于容器是一直在压着水也就是一直在对水做功，那么水的温度也就能保持不变。所以尽管外面的温度是50度,里面的水也能保持着一定的温度。
（补充：冰的温度虽比水低，但密度却大于它，我亦不知为何。）
...好象说得有点不是很清楚,也不是很能确定。对于内能我也是刚学，具体的也不是很了解，可能会有些错误的见解。再加上我脑子现在有点混乱1~~

理论和现实的差距是什么?
如果说这种容器只是理论上的,不可能存在.
那理论和现实有什么联系和距离?
...脑子有点混乱..

答：上面先结冰。原因是：
1.杯子里的水会汽化蒸发，蒸发是一个吸热过程，水蒸气带走杯子水表面的热量
2.杯子中的水受重力影响，在水平高度不同的情况下，水杯底部的水密度比水面的密度高，水杯底部的压强比水面高。纯水结冰是一个体积增长的过程，压强大不利于水结冰
下面摘一点初中的水知识
液态水加热可使其汽化，实际上在其他任何温度下水都可以小规模地汽化，我们把这一现象叫水的蒸发，比如一年四季晒在外面的衣服都有可能晒干，这就是因为水的蒸发的缘故。为什么在任意温度下水分子都能蒸发？因为从水分子的角度来说不是每一个分子在每一个时刻都有完全相同的能量，那些由于各种原因而具有相当大能量的分子比较容易挣脱其他水分子的束缚而离开群体。从微观角度来说是少数的受束缚的水分子变成了可任意移动的水分子，从宏观角度来看就是液态水汽化了。当然在这一过程中，水是要吸热的。炎热的夏天洒一点水在手臂上或是自己体内冒出一点汗水，感觉是如此凉快，就是因为水在蒸发过程中带走了人体体表的热量

比热是指将1克物质每升高1所要的热量。在一切固态和液态物质中，除氨之外，水有最大的比热，通俗地讲它能吸收大量的热而温度改变不多，这就是夏天在水边感觉更凉快，冬天在水上感觉更加冷的原因。在地球的海洋地区，由于水的调节，它的温度变化范围在-2℃到35℃之间，所以一般沿海地区都是冬不太冷，夏不太热，而在陆地干燥地区如沙漠里，其温度可以在-70e到57e之间变化，而在没有水的月球上其温度则可以在-155℃到135℃之间变化。当气温下降时，水会因为温度降低而放出大量的热以增高周围环境温度；当气温升高时，水会吸收大量的热而减低周围环境温度的升幅。

我觉得我说的已经很仔细了！

热水比冷水先结冰！
热水比冷水先结冰！

事实上，在一般实验条件下，热水会比冷水更快结冰。这种现象违反直觉，甚至连很多科学家也感到惊讶。但它的确是真的，曾在很多实验观察和研究过。虽然在经过亚里斯多德、培根，和笛卡儿 [1- 3] 三人的介绍后，此现象已被发现了几个世纪，但却一直没有被引入现代科学。直至1969年，才由坦桑尼亚的一间中学的一个名叫 Mpemba 的学生引入现代科学。这个效应早期发现史，和后期 Mpemba 再发现的故事－－尤其是后者，都是充满戏剧性的寓言。寓意人们在判断什么是不可能时，别过于仓促。这一点，下面会说到。
热水比冷水更快结冰的现象通常叫「Mpemba 效应」。无疑地，很多读者对这一点很怀疑，因此，有必要先明确地指出，什么是 Mpemba 效应。有两个形状一样的杯，装着相同体积的水，唯一的分别是水的温度。现在将两杯水在相同的环境下冷却。在某些条件下，初温较高的水会先结冰，但并不是在任何情况下，都会这样。例如，99.9° C 的热水和 0.01° C 的冷水，这样，冷水会先结冰。Mpemba 效应并不是在任何的初始温度、容器形状、和冷却条件下，都可看到。
这似乎是不可能的，不少敏锐的读者可能已经想出一个方法，去证明它不可能。这种证明通常是这样的： 30° C 的水降温至结冰要花 10 分钟， 70° C 的水必须先花一段时间，降至 30° C，然之后再花 10 分钟降温至结冰。由于冷水必须做过的事，热水也必须做，所以热水结冰较慢。这种证明有错吗？
这种证明错在，它暗中假设了水的结冰只受平均温度影响。但事实上，除了平均温度，其它因素也很重要。一杯初始温度均匀，70° C 的水，冷却到平均温度为 30° C 的水，水已发生了改变，不同于那杯初始温度均匀，30° C 的水。前者有较少质量，溶解气体和对流，造成温度分布不均。这些因素亦会改变冰箱内，容器周围的环境。下面会分别考虑这四个因素。所以前面的那种证明是行不通的，事实上，Mpemba 效应已在很多受控实验中观察到 [5,7-14]。
这种现象的发生机制，仍然没有得确切的了解。虽然有很多可能的解释已被提出过，但到目前为止，还没有一个实验可以清晰地显示它的机制。如果有的话，这实验就十分重要了。你可能会听到有人很自信地说，X 是 Mpemba 效应的原因。这些说法通常都是基于猜测，或只看着小量文献的证据，而忽略其它。当然，有根据地猜测，和选择你信赖的实验结果，是没错的。问题是，对于什么是 X，不同的人提出不同的说法。
为什么现代科学不回答这个看起来很简单的结冰问题？主要的问题是，水结冰所花的时间的长短，对实验设计中的很多因素，都是很敏感的。例子容器的形状和大小、冰箱的形状和大小、水中气体和其它杂质、结冰时间的定义，等等。因为这种敏感性，即使有实验支持 Mpemba 效应的存在，但不能支持在这些条件之外， Mpemba 效应的发生和发生的原因。正如 Firth [7] 所讲「这个问题有太多的变量，以致任何从事这项研究的实验室，一定会得出和其它实验室不同的结果。」
所以，由于做过的实验不多，而且常常在不同的实验条件下，所提出过的机制中，没有一个能很有信心地被宣称，就是「那个」机制。在上面我们提到的那四个因素，热水冷却到冷水的初始温度，会有变化。下面是这四个相关机制的简单描述，它们被认同能解释 Mpemba 效应。抱负不凡的的读者可以跟着那些连结，获得更完整的解释，相反的论调，和用这些机制解释不了的实验。似乎并没有一个机制，能解释在所有情况下的 Mpemba 效应，但不同的机制在不同的条件下是重要的。
1. 蒸发——在热水冷却到冷水的初温的过程中，热水由于蒸发会失去一部分水。质量较少，令水较容易冷却和结冰。这样热水就可能较冷水早结冰，但冰量较少。如果我们假设水只透过蒸发去失热，理论计算能显示蒸发能解释 Mpemba 效应 [11]。 这个解释是可信的和很直觉的，蒸发的确是很重要的一个因素。然而，这不是唯一的机制。蒸发不能解释在一个封闭容器内做的实验，在封闭的容器，没有水蒸气能离开 [12]。很多科学家声称，单是蒸发，不足以解释他们所做的实验 [5,9,12]。
2. 溶解气体——热水比冷水能够留住较少溶解气体，随着沸腾，大量气体会逃出水面。溶解气体会改变水的性质。或者令它较易形成对流（因而令它较易冷却），或减少令单位质量的水结冰所需的热量，又或改变凝固点。有一些实验支持这种解释 [10,14]，但没有理论计算的支持。
3. 对流——由于冷却，水会形成对流，和不均匀的温度分布。温度上升，水的密度就会下降，所以水的表面比水底部热——叫「hot top」。如果水 主要透过表面失热，那么「hot top」的水失热会比温度均匀的快。当热水冷却到冷水的初温时，它会有一「hot top」因此与平均温度相同，但温度均匀的水相比，它的冷却速率会较快。能跟上吗？你可能想重看这一段 ，小心区分初温、平均温度，和温度。虽然在实验中，能看到「hot top」和相关的对流，但对流能否解释 Mpemba 效应，仍是未知。
4. 周围的事物——两杯水的最后的一个分别，与它们自己无关，而与它们周围的环境有关。初温较高的水可能会以复杂的方式，改变它周围的环境，从而影响到冷却过程。例如，如果这杯水是放在一层霜上面，霜的导热性能很差。热水可能会熔化这层霜，从而为自己创立了一个较好的冷却系统。明显地，这样的解释不够一般性，很多实验都不会将容器放在霜层上。
最后[supercooling]在此效应上，可能是重要的。[supercooling]现象出现在水在低于 0° C 时才结冰的情形。有一个实验 [12] 发现，热水比冷水较少会[supercooling]。这意味着热水会先结冰，因为它在较高的温度下结冰。即使这是真的，也不能完成解释 Mpemba 效应，因为我们仍需解释为什么热水较少会[supercooling]。
简单地说，在很多情况下，热水较冷水先结冰。这并非不可能，在很多实验中已观察到。然后，尽管有很多说法，但仍没有一个很好的解释。有不同的机制曾被提出，但这些实验证据都不是决定性的。若你想看更多关于这题目的文章，Jearl Walker 在《Scientific American》所写的文章 [13] 值得一看，他也建议你怎样在家中做 Mpemba 效应的实验。另外，Auerbach [12] 和 Wojciechowski [14] 所写的文章是有关这效应的更现代的文献。
二．Mpemba 效应的历史
这个热水比冷水更快结冰的事实已被知道了很多个世纪。最早提到此一现象的数据，可追溯到公元前 300 年的亚里斯多德。由于欧洲物理学家努力去探讨热理论，此现象在后来的中古时代也被讨论到。但在 20 世纪前，此现象只被视为民间传说。直到 1969 年，才由 Mpemba 再次在科学界提出。自此之后，很多实验证实了 Mpemba 效应的存在，但没有一个唯一的解释。
最早记载此现象的是亚里斯多德，他写道：
「先前被加热过的水，有助于它更快地结冰。因此当人们想去冷却热水，他们会先放它在太阳下．．．」[1,4]
他写这段话，是想支持他的一个错误的观点，叫「antiperistasis」。Antiperistasis 被定义为「一种特性的增加，是由于它被另一相反特性包围。例如，当周围突然变冷时，温暖的身体会变热。」 [4]
中古科学家相信亚里斯多德的的 antiperistasis 理论，也寻求解释。并不令人惊讶，在十五世初科学家在解释此理论的运作时，遇到麻烦，甚至不能决定人体和水在冬天时，是否比在夏天时热 [4]。大约在 1461 年，物理学家 Giovanni Marliani 在一个关于物体怎样冷却的辩论上，说他已经证实了热水比冷水更快结冰。他说他用了四盎司沸水，和四盎司未加热过的水，分别放在两个小容器内，置于一个寒冷冬天的屋外，发现沸水首先结冰。但他没能力解释此一现象 [4]。
到了十七世纪初，此现象似乎成为一种常识。1620 年培根写道「水轻微加热后，比冷水更容易结冰 [2]。」不久之后，笛卡儿说「经验显示，放在火上一段时间的水，比其它水更快地结冰 [3]。」
终于，一个现代热理论被发现，早期亚里斯多德和 Marliani 等人的观察被遗忘，或者是因为他们似乎与现代热学有矛盾。然而，此一现象仍然在加拿大 [11]、英国 [15-21] 的很多非科学家族群中，食物处理中 [23]，和其它地方，作为民间传说为人所知。
此现象一直未能回到科学界，直至 1969 年，那已是 Marliani 实验 500 年之后，亚里斯多德的「气象学 I （Meteorologica I）」[1] 超过二千年之后的事了。坦桑尼亚中学的一个名叫「Mpemba」的学生再发现此现象的故事，被刊登在（New Scientist）[4] 杂志。这个故事提供了一个戏剧性的寓言，告诉科学家和老师们，不要忽视非科学家的观察，和不要过早下判断。
1963 年，Mpemba 正在学校造雪糕，他混合沸腾的牛奶和糖。本来，他应该先等牛奶冷却，之后再放入冰箱。但由于冰箱空间不足，他不等牛奶冷却，就直接放入去。结果令他很惊讶，他发现他的热牛奶竟然比其同学的更早凝固成冰。他问他的物理老师为什么，但老师说，他一定是和其它同学的雪糕混淆了，因为他的观察是不可能的。
当时 Mpemba 相信他老师的说法。但那一年后期，他遇见他的一个朋友，他那朋友在 Tanga 镇制造和售卖雪糕。他告诉 Mpemba，当他制造雪糕时，他会放那些热液体入冰箱，令他们更快结冰。Mpemba 发觉，在 Tanga 镇的其它雪糕销售者也有相同的经验。
后来Mpemba 学到牛顿冷却定律，它描述热的物体怎样变冷（在某些简化了的假设下）。Mpemba 问他的老师为什么热牛奶比冷牛奶先结冰。这位老师同样回答是一定 Mpemba 混淆了。当 Mpemba 继续争辩时，这位老师说：「所有我能够说的是，这是你 Mpemba 的物理，而不是普遍的物理。 」从那以后，这位老师和其它同学就用「那是 Mpemba 的数学」或「那是 Mpemba 的物理」来嘲笑他的错误。但后来，当 Mpemba 在学校的生物实验室，尝试用热水和冷水做实验时，他再一次发现：热水首先结冰。
更早的，有一位物理教授 Osborne 博士访问 Mpemba 的那间中学。Mpemba 问他这个问题。Osborne 博士说他想不到任何解释，但他迟些会尝试做这个实验。当他回到他的实验室，便叫一个年轻的技术员去测试 Mpemba 的声称。这位技术员之后报告说，是热水首先结冰，又说：「但我们将会继续重复这个实验，直至得出正确的结果。」然而，实验报告给出同样的结果。在 1969 年，Mpemba 和 Osborne 报导他们的结果 [5]。
同一年，科学上很常见的巧合之一，Kell 博士独立地写了一篇文章，是关于热水比冷水先结冰的。Kell 显示，如果假设了水最初是透过蒸发冷却，和维持均匀的温度，这样，热水就会失去足的质量而首先结冰 [11]。Kell 因此表明这种现象是真的（当时，这现象在加拿大城市是一个传闻。），而且能够用蒸发来解释。然而，他不知道 Osborne 的实验。Osborne 测量那失去的质量，发现蒸发不足以解释此现象。后来的实验采用密封的容器，排除了蒸发的影响，仍然发现热水首先结冰 [14]。
随后的的讨论也是不得要领的。即使有相当多的实验重现了这个效应 [4,6-13]，但没有一致的解释。这些不同的解释，已在上面讨论过。在一本流行科学杂志《New Scientist》上，这个效应被重复讨论多次。这封信透露了 Mpemba 效应在 1969 年之前，已被世界上很多门外汉了解。今日，仍然没有一个很好的解释。
三．更详细的解释
蒸发
此效应的一个解释是，热水冷却的过程中，会因蒸发而失去质量。质量较少，则液体失去较少的热就冷却，也就冷却得较快。用这个解释，热水就会首先结冰，只是因为它将较少的水结成冰。由 Kell 在 1969 所做的计算 [11] 显示，如果水只是透过蒸发来冷却，和温度分布维持均匀，那么，热水会先结冰。
这种解释是可靠的、直觉的，和的确是有助于 Mpemba 效应的发生。然而，很多人不正确地认定了这就是 Mpemba 效应的完整解释。他们认为热水比冷水更快结冰的唯一原因是蒸发，又以为所有实验结果都可由 Kell 的计算中得到解释。但其实，现在的实验不再支持这种信念。尽管有实验显示蒸发是重要的 [13]，但不能证明它就是 Mpemba 效应背后的唯一机制。很多科学家声称，单是蒸发，不足以解释他们所做的实验 [5,9,12]－－特别是由 Mpemba 和 Osborne 最初所做的实验，他们测量失去的质量，发现它实质上少于经 Kell 的计算的预期值 [5,9]。最有力的反驳是，由 Wojciechowski 所做的实验，发现在封闭的容器内，没有质量损失的情况下，仍然观察到 Mpemba 效应。
溶解气体
另一个解释是，认为热水中的溶解气体被逐出，改变了水的一些性质，这些改变能解释此效应。溶解气体的缺乏可能会改变水的传热能力，或改变令单位质量的水结冰所需的热量，又或改变凝固点。热水比冷水留住较少溶解气体是对的，沸水赶走了大部分的溶解气体。问题是它能否在相当大的程度上影响 Mpemba 效应。就我所知，目前还没有理论工作支持这种解释。
有个实验间接地支持这个解释，当用一般含有气体的水来做实验时，能看到 Mpemba 效应，但当用已去除气体的水来做时，就看不到了 [10,14]。然而，尝试去测量结冰焓对初温的依赖程度时，发现水中的溶解气体不是决定性的 [14]。
这个实验的一个问题是，用事先加热至沸腾的水来做实验，以排除溶解气体的影响，但仍然能看到此效应 [5,13]。改变水中气体含量，并没有对 Mpemba 效应造成实质上的变化 [9,12]。
对流
有人提议，水温变得不均匀能解释 Mpemba 效应。水冷却时，会形成温度梯度和对流。在大部分温度下，水的密度会随着温度的上升而减少。随着水的冷却，会形成「hot top」－－水的表面比平均水温或底部的水热。如果水主要透过表面失热，那么有形成热顶的水失热，比假设温度均匀的预期失热速度快。对于一定的平均温度，温度分布越不均匀（即是顶底温差越大），则失热就越快。
对流怎样解释 Mpemba 效应？热水会迅速地冷却，和很快地形成对流，所以从顶到底，水温变化很大。另一方面，冷水冷却得较慢，因而较迟形成重要的对流。因此，比较热水和冷水，热水会有较大的对流，从而有较快的冷却速率。考虑一个具体的例子，假设热水 70° C，冷水 30° C。当冷水在 30° C 时，是均匀的 30° C。然而，当热水由 70° C降到平均 30° C 时，它的表面很可能是高于 30° C 的，因此相比那均匀 30° C 的水，它会较快地失热。这个解释可能有些混乱，你可能想重看这一段 ，小心区分初温、平均温度，和表面温度。
无论如何，如果上面的论述是对的，那么当我们为热水和冷水，分别绘制平均温度对时间的曲线，那么对一些平均温度，热水比冷水冷却得较快。所以热水的冷却曲线不会简单地重复冷水的冷却曲线，而会在相同温度范围处，下降得较快。
这显示热水走得较快，但它也有较长的路要走。所以到底热水能否首先到达终点（即 0° C ），从上面的讨论中，这还是未知之数。为了知道谁会首先跑完，需要建立对流的理论模型（对多数容器形状和大小，是有希望的），现在还没有人做过。所以，单是对流有可能解释 Mpemba 效应，但它能否做到，现在还不知。由于我们期望，Mpemba 效应的实验常常有提到「hot top」。有实验可以做到能看到对流的情形 [27,28]，但其对 Mpemba 效应的涵意仍不完全清楚。
应该注意，水的密度在 4° C 时，达到最小值。所以低于 4° C，水的密度会因温度减小而减小，和形成「hot top」。这令情况更复杂。
周围的环境
热水可能改变周围环境，从而令它以后较快地冷却。有个实验报称，实验数据会跟随冰箱大小的变化而变化 [7]。所以，可以相信不只是水，水周围的环境也很重要。
例如，如果水容器是放在一层薄霜上，那么装着热水的容器会将霜熔化，而直接接触冰箱底部，而装着冷水的容器则要继续坐在冷霜上。因此，热水就和冷却系统有较好的热交换。如果那些熔化了的霜，再结冰，而成为冰箱和容器间的一条冰桥，则热交换可能更好。
明显地，即使这论述是真的，其应用也相当有限，因为大多数科学家做实验时，会很小心，不会将容器放在霜上，而会放在热绝缘体上，或放于冷却盆上。所以这个解释对家庭实验可能有些适用，但对多数公开的实验结果是不恰当的。
supercooling
最后[supercooling] 对Mpemba 效应可能是重要的。过冷现象发生在，当水不在 0° C ，而在更低的温度才结冰。过冷的发生，是因为「水在 0° C 时结冰」是关于水的最低能量状态的陈述－－在低于 0° C ，水分子「想」排列成冰晶体。意味着，它们要停止像液态时那样随机地乱动，而代之以有秩序的固态晶格。然而，它们不知道怎样去排列，而需要小量不规则的物体或成核位置去告知它们。有时，当水被降到 0°C 以下，它还看不到成核位置，这时，水就低于 0° C 而没有结冰。这种现象并不罕见。有一个实验发现将热水冷却，只是supercool少许（大约 - 2° C），但冷水会supercool较多（大约 - 8° C） [12]。如果是真的，这就能解释 Mpemba 效应，因为冷水要做更多的功－－即温度要降至更低，才能结冰。
然而，这也不能被考虑成「那个」唯一的解释。首先，就我所知，这个结果没有被独立地证实过。上面的那个实验 [12] 只有少量的试验，所以这个发现结果可能是统计上的侥幸成功。
第二，即使这结果是真的，也不能完全解释此效应，只是将问题转移另一处。为什么热水会supercool较少？毕竟，一旦水冷却到较低温度，人们一般会期望，水不会记得它习惯了什么温度。一个解释是热水有较少溶解气体，而气体会影响supercooling现象。问题是人们会预期，由于热水有较少气体，也就是成核位置较少，按道理，它应该supercool更多，而不是更少。另一个解释是，当热水降到 0° C 或以下，它的温度分布，比冷水的有较大的变化。因为温度切变引致结冰 [26]，热水supercool较少，因此先结冰。
第三，这个解释不能在所有实验都行得通，因为有很多实验，并不是量度水完全凝固成一块冰所需时间，而是量度水温达到0° C 的时间 [7,10,13]（或者是水面形成薄冰的时间 [17]）。有文献说「真正的 Mpemba 效应」是热水首先完全地结冰，但其它文献却有不同的定义。因为supercooling的严谨的时间是固有地不可预知的（看 [26] 例子），很多实验选择不测量样本结成冰的时间，而是测量样本顶部达到 0° C 的时间 [7,10,13]。supercooling不能应用在这些实验。

1.我先从生活中的实例给你证明:你看一般把一杯水放在冰箱里面,等快结冰的时候你拿出来会发现,水的表面会结冰,用东西一戳就破了,而下面没有结冰.

2.
(1)具体分析:初中应该学过这个:水在4℃以上时，也是由于热胀冷缩，但是当它在4℃以下的时候，就又变成热缩冷胀了。就是说4°以下时温度越高,体积却越小.那么,在冰箱里与冷空气直接接触的水，总是水面散热相当快。当水的温度在4℃以上时，因为热胀冷缩的关系，表面温度相当低的水，总要不停下沉，底部温度较高的水总要不断上升，从而形成对流现象。如此一来，原来上面相当冷、下面相当暖的水，很快就会达到温度均匀了。假如继续冷却，等到表面上的水冷到4℃以下时，它就变成热缩冷胀了，表面上的水反而比表面上的冰来得更轻(就是指比重较小)，也就不再产生对流现象。因为没有了对流，水的温度很不容易均匀，尽管表面上的水已冷到0℃，但是底部的水还可能没有结冰。所以总是表面的水先结冰。

(2)那么四周的水也是和冷空气接触,为什么没有结冰呢?因为就跟前面分析的一样,四周的水在4°以下后变轻,所以水会往上走,最终还是造成表面先结冰.

(3)如果你再冷冻一会儿就会看到杯子的四周结冰了,中间没有,那是因为杯子的四周和冰箱的冷空气直接接触,这样冰会一直往中心延伸,所以应该是上面最先结冰,然后四周,最后全部.

水在4℃时会反常膨胀，也就是水在4℃密度最大，下沉，所以水冷却到4℃就会下沉到底部，再降温密度也会变小，不会下沉，所以下面的水总是保持在4℃，不会结冰，所以水是上面结冰！

回答者： 8565170 - 一派掌门 十三级 2009-6-21 21:43
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当温度不很低，水降温速度较慢时，一般上层先结冰，8565170说的就是正确的原因。大海通常不结冰，一方面是波浪大，另一个主要原因也是这个：表层的水降到4度，就因为密度大把下层还温暖的水顶上来，只要整个大海没降到4度，就不会结冰。

当然，以上是把散热过程延长到足够时间，即对流充分完成的时间长度，如果降温足够快，可以同时结冰。

水在4℃时会反常膨胀，也就是水在4℃密度最大，下沉，所以水冷却到4℃就会下沉到底部，再降温密度也会变小，不会下沉，所以下面的水总是保持在4℃，不会结冰，所以水是上面结冰！