姆潘巴现象是一个流传千年的悬案，说的是热水（液体）有时候会比冷水先结冰。这个现象大家可以在家里用冰箱试验，看是否会发生。在此之前，我也做了一些冷热水结冰的温度记录，但终究没有视觉直观和全面。所以，最后考虑用相机自动记录整个结冰的过程。

全自动的目的是：实验一旦开始，就不会再打开冰箱门人工查看，以免影响冰箱内的温度，干扰冰冻过程。

拍摄方案

为了能在冰箱里拍摄，需要体积小的相机，并且能解决供电的问题。手机是一个选项。但手机在低温下能坚持多久是个问题，尤其是电池；而且把手机放进/拿出冰箱冷冻层，有损坏的风险。最后我决定使用工业相机，它可以通过PoE供电，同时解决数据传输的问题。

拍摄总体方案如下（直接把冰箱冷冻层的抽屉拿出来，调试好了再整体放进去）。

拍摄方案设计

首先各部分都需要固定，以保证在搬动后拍摄画面不会发生变化，不需要重新对焦。于是用3D打印了一个托盘，用于固定水杯；同时也使水有一定的底色。相机用球形云台固定，便于调整角度。其它各部分简单地用双面胶或胶带固定。

相机使用Basler的工业相机，型号14gc，500万像素，PoE供电。使用扁平网线，冰箱门仍可关上。

供电及网络

相机的光圈不用太大，因为曝光时间可以很长。实际调整为F5.6,使得杯子前后壁都在景深范围内。曝光时间大约400毫秒。

景深测试1

用白色的坐标纸作背景，这样有一定的参照。不能使用黑色背景，因为水是透明的，用黑色背景画面会很暗。

照明使用LED手电。手电前加了一层乳胶手套，希望能有散光柔光的效果。手电使用最暗的一档，这样工作时间比较长。

开始实验

准备两杯同样重的水。因为量杯并不精确（而且还有热胀冷缩），还是用秤更可靠一些。先称出两个杯子的重量，实测是一样重的。常温水可以先准备；但开水要在最后准备（一放入冰箱后就立即开始实验）。

准备两杯同样重的水

将拍摄装置整体搬入冰箱后，打开灯光，插上网线，就可以开启拍摄系统了。先预览画面是正常的（和设计时没有明显的偏移），然后就可以开始拍照了（前面拍的多余的照片可以后期删除）。

拍摄装置放入冰箱

如果两杯都是常温水，直接放入冰箱就可以了。如果是开水，则需要加热后用最短的时间倒入杯中、称重（并让重量和冷水一致）、放入冰箱。

注意：拍摄装置放入冰箱后，应该尽快放入水杯开始实验。否则相机和镜头降温后，再抽出抽屉会产生冷凝水，轻则让镜头起雾，重则可能损坏相机。

结束实验

下面是拍摄结束时的样子。

拍摄结束时的样子

用红外温度计测温，可以看到相机的温度接近零下20摄氏度。

相机的温度

各部分搬出冰箱后会马上产生冷凝水，这对电子产品和镜头都是有害的。一种办法是，一拿出冰箱后，立即用电吹风对它们加热。

拿出冰箱之后

顺便说一下，实验结束后，把装置留在冰箱也是不行的。因为一旦打开抽屉，冰箱外的热空气就会跑进去，马上产生冷凝水，镜头也会起雾而不可用。

数据的处理

实验是每5秒拍摄一张照片。我们可以选一些照片来做成视频。比如可以每3张选1张（即15秒一张照片），做成帧率24的视频，这样就相当于15x24=360倍的速度（回放）。

使用ffmpeg，将连续的照片转为H264编码的视频，并缩小为640x480。命令及选项如下：

OPT1="-y -r 24 -f image2"
OPT2="-vf scale=640:480 -vcodec libx264 -crf 30 -pix_fmt yuv420p -movflags faststart"
ffmpeg $OPT1 -start_number $first -i img-%d.jpg $OPT2 output.mp4

拍摄结果

下面是拍摄样张。

拍摄的结冰画面

简书不支持视频，视频请见原文：https://loblab.top/p/1874

有以下视频（实验）：

• 自来水，常温（这是第一次拍摄，很多环节未优化，水也忘了称重。主要是看看拍摄效果）
• 净水（出自净水器），常温（29摄氏度），123克
• 净水，常温（29摄氏度），129克

前面两次净水实验主要是说明了那两个杯子所在位置的冷却条件相当，结冰时间（开始结冰或完全结冰）没有显著差异。有时候是左杯先一点，有时候是右杯先一点。

• 净水，70摄氏度热水 vs 29摄氏度的常温水，115克。可以看到，冷水开始结冰或完成结冰的时间都明显先于热水。
• 1200倍速（视频中3秒相当于现实的1小时）

结语

我的几次实验未观察到姆潘巴现象。但逻辑上，不能证明它不存在。我只是证明了，姆潘巴现象并不是在任何条件下都会出现。

本次实验主要是证明了拍摄方案的可行性，比如：Basler相机在低温下的可用性；我的手电在低温下也可以长时间工作。另外，也是一次延时摄影的实践，拍摄到了完整的结冰过程，以及水的热胀冷缩，蒸发，冰的膨胀，等等。