2000年前的中國古人，怎麼用熱水造冰？真是困擾物理學家的難題
每到炎炎夏日，沒有什麼比在空調屋裡吹著空調吃冰棒更讓人感到幸福的事情了。
每當這個時候我們就會感嘆生活在現代是多麼美好，然後再感嘆一下古人沒有這樣的待遇。事實上我們現代人總是低估古人的智慧，人家古人也會避暑驅熱。那麼
古人在科技落後、物資匱乏的年代是如何度過漫漫夏日的呢？
首先古代也是有冰的，雖然只出現在冬天，但是人家
有儲存手段
。其次古代的自然環境比現在要好，自然就是一個天然的避暑系統，他們沒有
人為製造的
全球變暖或者熱島效應
。因此古人所承受的溫度可能沒有我們高，一些普通的避暑手段足以應對炎熱的夏季。還有就是
古人雖然沒有熱學知識理論，可他們在長期的生活中總結出了一套經驗，就比如中國就曾在
2000年前曾經制造過冰。
全球變暖
冰箱與空調
人們總是說
冰箱和空調
是
20
世紀最偉大的兩個發明，不少人還大呼：
“
夏天的時候，我這條命是空調和冰箱救的。
”
市面上的冰箱
90%
以上都是
壓縮式
，所謂壓縮式冰箱簡單的解釋就是，人為使用電能將食物中的熱量給抽出去。這個過程中需要一種中間物質，就是
製冷劑
。
製冷劑是沸點很低的一種化學物品，它很容易汽化，這個過程中會吸熱。但冰箱裡面的製冷劑有限，因此為了重複迴圈使用，需要將已經汽化的製冷劑再液化。
冰箱結構
對於
沸點低的製冷劑來說液化是非常困難的，這個過程中我們利用發動機來壓縮加快它的液化。液化是一個放熱的過程，因此需要發動機將這個能量輸送出去，我們也就時常會摸到冰箱的背後是熱的。
壓縮式冰箱的好處就是使用
壽命非常長，並且製造成本不算高
。唯一的缺點在於，常見的製冷劑為
氟利昂
，這是一種
對臭氧層有破壞的氣體
。給冰箱注入製冷劑和給舊冰箱去除製冷劑的時候，會發生氟利昂的洩露，從而破壞了地球的環境。
同樣利
用氟利昂作為製冷物質的還有空調
，它的原理和冰箱差不多，都是利用
氟利昂在氣化的時候會吸收大量的熱。
不同的是，
空調是讓空氣溫度下降，它必須實現氣體的迴圈。所以空調一般都自帶一個非常巨大的外機，用來吸收外界的空氣，然後利用氟利昂的製冷將空氣變成冷空氣輸送到房間內。
有了冰箱和空調，人們再也不用懼怕炎熱的天氣，這個時候就不難想到古代，在沒有冰箱和空調的年代，人們是如何克服夏天的炎熱、食物的腐爛的？
古人避暑
我們看古裝劇的時候無論東方還是西方都會提到他們有一個什麼類似於
避暑山莊或者避暑宮殿
之類的地方
。避暑山莊就是
修建在森林裡的一些建築，因為四周植物環繞、水草茂盛，形成了一個天然的降溫系統，使得夏天的溫度能夠維持在一個比較舒適的範圍
。
承德避暑山莊
空調的歷史很短，但是風扇的歷史卻很長，在電力沒有被發現之前，風扇都是手動的。我們經常看見一些古代的圖畫
，一個君王的兩邊通常都站著好幾個手持大扇的侍女，這就是古代最早的手動風扇。
值得注意的是，
風扇本身是不能使溫度降低的，它只能增加周圍空氣的流動速度，讓面板表面的汗液加速蒸發，帶走人體身上的部分熱。而古代的匠人們，還發明瞭手搖式風扇，這是最早的機械傳輸結構。
這種所謂的避暑山莊是古代的貴族們享受的，平民百姓們是如何躲避炎熱和儲存食物的呢？
古人的房屋都比較低矮，也不是今天的鋼筋混凝土結構，散熱效果很好。而且古代的水井比較多，水井內的溫度即使在夏季也是十
多度。
古人
將食物放在一個竹籃裡，再將籃子懸掛在水井之中，雖然比不上用冰，但也可以儲存食物大約兩天
。至於避暑，那自然是大樹底下好乘涼。在勞動的間隙，在樹蔭下躲避夏日毒辣的太陽。
其實古代沒有我們想象中的那麼熱，因為古代
沒有現在這麼強的溫室效應
。而且古代的森林覆蓋率比現在要高，
森林是自然界的一種調節機制，它可以有效地控制溫度
。所以不要覺得古人沒有冰箱沒有空調，日子就過得非常苦。
古人的冰
前面提到了避暑可以去避暑山莊，避暑山莊最涼快也不可能讓食物在炎熱的夏季不腐爛。食物懸掛在水井上方，只能儲存兩天左右，並且一次懸掛的重量還不能太多，否則繩子承受不住食物還會掉進水裡。
中國出土了很多春秋戰國時期的青銅製品，這其中就有一些形狀特別奇怪，考古學家們經過研究發現，這是古代的
“冰箱”。
古人的冰箱並不是像現在一樣使用電，他們是
使用冰來維持食物不壞
的。古代有所謂的
冰室
。這種冰室，是
一種挖掘在地下的洞穴建築，其溫度常年維持在
20
攝氏度以下。冬天的時候將自然界的冰搬運到此儲存。冰在這裡不是能夠不融化，而是融化的速度非常的慢，足以從春天跨越到夏天
。
可是有些地方即使是冬天也不會結冰，那他們的冰是從哪兒來的？靠北的一些地方冬天極其寒冷，人們會
趁著冬季的低溫，將冰送往南方，人們將其放在冰室裡面。古代的歐洲還有一個職業叫做
採冰人
，他們在冬季的時候將河裡的冰製作成冰磚，賣給當時歐洲的王室貴族。
而在中國發現的那些青銅器，
分為了
外室
和
內室
，外室放置冰塊，內室放置食物。既可以在夏天儲存食物，還可以作為降溫的工具使用。
古代的冰還有一個作用，就是
儲存屍體
。古代君王的陵墓需要修建很長的時間，很有可能直到去世都沒有修好。如果出現這種情況，就需要把屍體放在冰室裡。
雖然冰在古代是貴族才能享用的物品，但這並不意味著平民百姓就用不了冰。
這世上存在著天然的山洞，在冬天的時候會結冰，由於山洞背朝太陽，終年接受不到陽光，裡面的冰很有可能到了夏天還沒有化完。普通的人也可以去這種山洞採集，只不過非常的少
。總的來說冰在古代的確是非常稀罕的物品，如果哪個人能夠憑空的製作冰，那他在古代絕對會被奉為神。
根據中國的一些古籍記載，
早在
2000多年前，中國人就在夏天成功用沸水造出過冰。到底是怎麼做到的？這著實是個困擾物理學家的難題。
中國古代夏造冰
《莊子·徐無鬼》記載著這樣一句話：“我得夫子之道矣！吾能冬爨鼎而夏造冰矣！”
西漢淮南王劉安編撰的《
淮南萬畢術
》記載了這種製冰方法：
“
取沸湯置甕中，密以新縑，沈中三日成冰。
”
《淮南萬畢術》
“
沸湯
”
就是沸水的意思，根據劉安的意思，
這世上存在一種甕，也就是瓦罐，將
沸水倒進去，放置三天就可以結冰。
這裡面涉及到一個能量的問題。
冰的確是由水變化而來的，可是水的溫度取決於周圍的環境。如果周圍的溫度沒有低於
0度，水是不可能結冰的，它會永遠與周圍保持相同的溫度，以液態的形式存在。更何況劉安說的是沸水，溫度高達100攝氏度，只是將其放在普通的環境中，三日之後也不可能結成冰。
古代瓦罐
劉安還是淮南王，封地在
淮河以南
，這是我國標準的南方地區，就算冬天室外放置沸水恐怕也無法結冰。所以物理學家覺得劉安這個說法不成立。
因為中國古代有煉丹的習慣，所以
物理學家懷疑這可能只是劉安的一種想象
，他想象這個世界上有一種甕可以讓水變成冰。這個想法就和西方歷史上的鍊金術師一樣，說得天花亂墜，然而沒有科學依據。
淮南王劉安之墓
熱學定律
物理學家之所以對中國
2000
年前的這個
沸
水造冰持懷疑態度，是因為其
不符合熱力學定律
。我們常說的熱學定律就是
熱力學三大定律
。
熱力學第一定律其實就是能量守恆，即一個系統的內能等於外界向它傳遞的能量和外界對他做功能量的總和，這個定律也推翻了永動機的存在。
熱力學第二定律存在兩個解釋，然而無論是
開爾文
還是
克勞修斯
，他們的解釋總結起來就是兩個字
——
熵增
。
開爾文：不可能從單一熱源吸取熱量，並將這熱量完全變為功，而不產生其他影響。克勞修斯：物體都有從溫度高朝溫度低的狀態轉變，並且不會自發地從溫度低向溫度高的一方進行。
假設劉安所在的環境溫度只有
20
攝氏度，
100
度的沸水冷卻後也會是
20
攝氏度，但是冰的溫度在
0
度以下。這個時候，水保持
20
度才是自發進行，而變成零度的冰是不可能的，除非再介入其他能量。
比如我們的
冰箱將水變成冰，就是利用電能將整個體系的熵值減小
。古人想要把開水變成冰，
勢必要向其源源不斷地提供能量做功，在沒有電力機械的古代幾乎無法完成
。所以人們才懷疑這個夏造冰也許並不存在，只是古人的一種美好幻想，就像人們幻想著可以在天空中飛一樣。
科學探討
但是也有人指出劉安說的並不是完全沒有道理，有一些物理學家認為很有可能是透過
氣體絕熱膨脹降溫
實現的。並且有人做了一個模擬實驗，取
1
升容量的玻璃球形瓶，裝入少量的水並密封，在上方穿入一個玻璃管，玻璃管的下端一直通到瓶底，而玻璃管的外端用橡膠軟管接上，軟管上安裝一個可調的鬆緊夾。
最後實驗得出，
將沸水放入其中，慢慢開啟鬆緊夾放氣，最後可以得到很低的溫度，這個溫度低於玻璃瓶所處的環境。
因此科學家們猜測，
2000
年前中國的這個甕，很有可能與這個實驗接近
，如果氣壓足夠低就有可能實現。我們不能因為時代的限制而小瞧古人的智慧，說不定
2000
年前的中國人真的用這種方法制造出了冰，只不過這個方法速度很慢產量很小，最後比不上直接去自然中採集的量，所以逐漸失傳了。
