加拿大北极村民宅冰屋的保温原理,竟难倒科学界

时值盛夏,令我不禁念叨:若是能有个冰屋避暑该多凉爽。

加拿大北极圈生活着一族地球上最耐冻的--Eskimo爱斯基摩人。当然那是过去的称谓,现在流行政治正确,改称为:Inuit,中译为因纽特人。

先见识一下千多年前当地人的房屋:

这类房屋,英语有个名词指代:igloo。看起来很酷冷,但保温效果与中纬度地区的一般房屋,其实不差上下,甚至还要好些。

随着科技发展,如今冰屋也用上电了:

在长年零下几十度的北极,只要全球气候不再升温,这样的冰屋经年住下去是没问题的。

不像我们把+25度,当作人体感觉最舒适的环境温度,当地人觉得室内温度+15度,才是最棒的。

那么问题来了,零度以上化冰是常识,为何igloo的室内温度远超熔点或融点,仍安然无恙呢?

没错,违反常识,但却事实:冰屋内空气温度可以全天候+15摄氏度,就看你经济实力能否承受当地昂贵的能源:一度电可能高达$1.3。

要是不奇妙到让读者怀疑人生,不值得写这么多文字,对吧?

正如一杯开水放冰箱冷冻室内,比同时放入的对照凉水先结冰一样,不可思议的姆潘巴现象,但却事实!科学的进步,经常从突破常识开始。

别景仰科学家们既可上九天揽月,也可下五洋捉鳖,其实,官科至今仍很尴尬,无法给出理论界一致认可的科学解释。

实践出真知,存在即合理。因纽特人即便不懂科学,但求生的本能,迫使他们经过长期实践,终于探索出来这个独特的住宅保温方法。

形势比人强。在那样极寒的地方,就算知道温带地区砖瓦构造的民宅,也无法本地化生产砖瓦。甚至我们习以为常的土,都冻得比钢还硬,根本没法大量挖来用。唯一可用的建筑材料,就是当地随手可得的冰块和积雪。

这种谜一般存在的保温法,也应证了一个哲理:天无绝人之路!只要有求生欲,凭直觉勇敢闯一闯,总会找到上天留给人类的一条生路。

别抱怨科学家了,他们也是人,这宇宙辣么复杂,哪能啥都懂,况且他们也不生活在那样的极寒地区。难道没有科学家给出解释,遇到大自然的磨难就坐以待毙?

顺便嘚瑟一下,据人类学家研究,因纽特人有可能来自几千年以前的古中国。嘿嘿,果若如此,这将再次应证:厉害了,我的中华民族!

看似简单的水,实则复杂得相态百出,人类至今都没有完全搞懂跟水有关的雷电、降雨等现象。所以,以后形容某人水平差,不要随便用词“水货”,那是极大的奉承哟,上善若水嘛!

尽管酱紫,还是有些睿智的科学家,大胆给出了解释 -- PeTa效应。虽说并未得到学界一致认同,抑或被贬为“水货”民科,但至少我认为该解释是靠谱的。

以色列科学家Mark E. Perel'man,和法国工程师Vitali A. Tatartchenko,早在30多年前就发现了一种现象:在实验室特定条件下,水蒸气相变为液态水时,可释放大量近红外至远红外的光子。这一研究成果,经同行评审后,早已联名发表。

近年来,前述共同研究者之一的法国人,摘取两人姓氏各两字母,定义了专有术语PeTa效应,尝试用其解释了igloo的保温原理:

室内15度下,人体辐射光子在冰墙面内来回反射,也有少部分光子被墙面吸收,但能量不足以融化冰面;外墙面温度零下几十度,大温差虽可将光子热量传出去,但室内人体呼出的水蒸气,碰到墙面就会凝华,这个相变过程会释放大量热红外光子,抵消了冰墙耗散出去的热量。所以,冰屋保温效果相当好,前提是室内要么有人在,要么放一盆水,且家具或人与墙面要保持一定距离。

这个解释的关键是:冰墙将附近水蒸气凝华时,没有或者仅少量以凝结潜热被传导到室外,大部分以光子形式回馈室内!

大跨度的学科交叉总是具有挑战性,热力学原教旨,和经典光学参合到一块,目前官科思维尚未准备好。但这个客观物理现象,偏偏仅从基于熵焓的热力学无法诠释,而辅以光学解释,则似乎很完美。大伙儿觉得这个解释可信吗?反正我是信了,而且我还触类旁通,用别的例子作旁证:

我记得在几十年前冰箱刚入百姓家时,蒸发器表面常常有一层霜甚至冰疙瘩,未出现这个现象之前,冰箱冷藏冷冻效果很好,之后放进去的食物,温度始终降不下去。找商家给个说法,人家说没毛病,找个铲子将霜或冰刮下来就好了。回家一试果然灵验,所以之后经常不得不手动除霜了。若干年后,电冰箱自动除霜功能成了标配。

脑洞大些、大些、再大些:要是将那个老式冰箱做得房子那么大,等蒸发器表面结冰了,搬进去住下来是不是爽歪歪?哈哈!

其实,我的旁证跟igloo的保温原理本质上一致。只不过,我的例子有一个前置过渡阶段,这期间食物蒸发的水汽,凝结或凝华到铜/铝质蒸发器表面时,没有或很少释放光子,大部分潜热被内部流动的氟利昂直接带出去了,因为金属材料散热效果极好,光子外射没必要。一旦霜或冰层累积足够厚度后,冰层的热传导率比金属陡降百倍以上,相变潜热的释放就得改道--光子辐射。而在密闭空间,这就相当于能量回馈,所以保温效果自然就体现出来了。
题外话

同理,天上的积雨云里,压根就不存在一大块金属冷凝板,可人家雨还是哗啦啦往下落。咋回事?潜热去哪啦?答案也在PeTa效应里,大部分潜热以光子的物质形式,沉入浩渺太空,永不回头,从而冷却地球。顺便感恩大自然,“故意”留出了大气窗口,使得波长8至13微米潜热光子,有了通往宇宙的外泄口。

地面每平方米的水面,年平均消耗太阳能功率115瓦特用于蒸发,对应稍微滞后的深空光子冷却功率40瓦特。这段表述中的功率,其实应是“热率”,只因后者尚无经典定义而借用前者。

明白了这个道理,再看看闹得人心惶惶的极端天气频发和全球变暖,原来是现代工业化造的孽,使得全球湖泊、河流、湿地大幅减少,光子冷却显著下降。据有关研究报告,百年来减少的面积相当于地球陆地面积的6%以上。而中国的经济崛起,这个锐减百分比更高,黄河流域的大面积萎缩更是惊人。

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