看過《甄嬛傳》的人都知道，一到炎炎夏季，皇帝就帶著他的後宮妃嬪們去圓明園避暑。每個妃子的房間里，都會放一堆冰塊給環境降溫，可以抵得上現代冰箱的效果。
你可能感嘆清朝人真是聰明，實際上，2000多年前的中國古人就已經學會了製造冰塊。
《莊子》中有句話：「我得夫子之道矣！吾能冬爨（cuàn）鼎而夏造冰矣！」雖然此處沒有詳說「夏造冰」的過程，但我們得知在莊子時代就已經有「夏造冰」技術。直到西漢淮南王劉安寫的《淮南萬畢術》一書中，詳細記載了「夏造冰」的過程。書中提到：「取沸湯置瓮中，密以新縑，沈（井）中三日成冰。」
值得研究的是，「夏造冰」為什麼要用「沸湯」即開水呢？為什麼要放到深井當中呢？為什麼是放三天呢？
對於現代有冰箱有空調的我們來說，造冰技術是如此簡單，對於古人的做法當然很困惑。而即使是物理知識淵博的物理學家們，為了補充完善的物理學史，也不得不在古人的這項造冰方法上反覆研究。遺憾的是，一個個物理學家竟然被古人的智慧給難倒了。
我們比古人更聰明嗎？看來未必。
中國物理學史家洪震寰算是最先研究古人造冰方法的一批人，他把目標鎖定在冰點和氣壓上。他認為，氣壓降低會使水的冰點上升，這樣不一定在0℃水才會結成冰。井中的溫度在3-4℃的時候，冰點就會產生，水就會結成冰。然而他在實驗室中做這個實驗的時候，卻發現每減少一個大氣壓，水的冰點提高的程度微乎其微，連0.01℃都不到。因此，洪震寰否定了氣壓導致水快速結冰的假設。
不是氣壓，那到底是什麼呢？
中國科技大學研究科技史的李志超教授推測，會不會是通過氣體絕熱膨脹降溫來得到「夏造冰」的呢？李志超和他的學生一起做了「造冰」實驗，在一個玻璃球形瓶里裝上少量的水，然後用橡皮塞進行密封，並從橡皮塞中往玻璃瓶里插入一根玻璃管，同時玻璃管外接橡膠軟管。經過用溫度計測量和比對球形玻璃瓶內水的溫度變化，得到了一個結論：將沸水密封並進行冷卻，通過橡膠軟管放氣，可大大降低水的溫度。
怎麼我們聽上去有點胡扯呢？一碗滾燙的開水敞開放在空氣中，冬天不到3分鐘就涼了，夏天在通風的地方涼得也很快，密封容器真有那麼重要嗎？
我們注意到《淮南萬畢術》中提到的是「沸湯」放在「瓮」裡面。這個「瓮」就不是一般的容器了，它的主要特點是瓶口很細。在瓮里裝上部分水，將水煮開，水蒸汽就會充滿整個容器，並將原先瓮里的空氣排出去。這時用織得很細密的一些布或織物將瓶口封住，再用繩子下降到水井深處。
在中原的一些高山地區，深井的溫度在10℃以下，水汽遇冷凝結，而瓶子里幾乎是真空狀態，瓶內的氣壓比瓶外的氣壓低多了。當瓮的溫度與井水溫度差不多的時候，把容器從井裡取出，就會在減壓膨脹的原理下，使瓶子迅速降溫。操作得當的話，容器內會出現冰渣。
雖然會出現冰渣，但似乎仍不能解釋古人造出的冰塊是怎麼回事。但我們知道了，用織物密封是一個很重要的條件。
好在薪火相傳，物理學史家們雖然享受著前沿科技的便利，對於古人如何科學生活，仍然保持著好奇心和做研究的嚴謹精神。
來自湘潭大學的學者雷志華，經過多次的實驗設計和研究，提出古人人工造冰有三個重要的影響因素。
第一個是大氣的相對濕度。我們的空調遙控器上都會有除濕按鈕，當我們除濕後，空氣濕度變小，會感覺到房間更乾燥。而在古人用瓮造冰的原理中，空氣濕度變小，周圍的空氣越乾燥，會使瓶內的水蒸發得越快。
第二個是瓮的容積。當容器越大，能容納的水蒸氣越多，容器出現真空狀態的概率越高，結冰也會更容易。
第三個是井水和大氣的溫度。井水的溫度越低，越容易結冰，而一般深井的溫度在6℃—10℃之間。至於為什麼井水溫度要低？與我們前面提到的冰點和熱傳遞效應有關係。
雷志華在研究出這三個重要條件後，設計了更精確的模擬實驗來造冰。
2005年8月26日，湘潭大學化工樓附近的氣溫大約在20℃，空氣的相對濕度在5%左右，正是造冰的好時機。雷志華準備好容積100L的瓮、電熱管、煤油濕度計和織物，開始進行實驗。
他首先在容器中加入少量的水，然後用電熱管加熱，水很快沸騰起來，沒有一會兒，水蒸汽就充滿了整個容器，而原來的空氣大部分排出到容器外。由於瓶口很細小，水蒸汽大部分仍留在了瓶中。在水快燒乾的時候，停止加熱，並立即用準備好的織物將瓶口密封住。為什麼用織物不用塞子？這是為了透氣。雷志華教授將瓶子放到了8℃的冷水中。這時，空氣通過滲透進入了瓶中。雷志軍教授觀察著溫度計，直到溫度計停留在0的刻度上。他打開瓮瓶一看，裡面有大量的冰渣。
雷志軍教授的實驗成功了，基本上能夠解釋古人的造冰過程了。
可以說，古人是相當的聰明，他們應該也是經過了很多次的實驗才能穩穩地使水結冰。也許他們雖然不懂得精確的溫度和濕度，但他們對時令節氣和自然環境有著超過現代人的了解和感知。
一個造冰技術就難倒了那麼多物理學史家。可以說，古人比我們想像的更聰明，你覺得呢？
