一盆0摄氏度的水在0摄氏度的房间中,房间不与外界发生热交换……

这个问题我当年初中时也考虑过,断断续续的有新发现,似乎解决了,但从未整理过。解决这个问题首先要把所有宏观概念换成微观解释。目的有三个：一、起码要理解到这个程度才能解释这种临界问题；二、建立一个正确的且封闭的体系以保证分析过程的严谨。三、没有公认的理论基础,光解释难以令人信服。所以必须耐心看完,况且这个过程并不枯燥（1）分子具有势能和动能,势能来源于分子间力的作用,动能来源于分子运动。分子力有个平衡位置,分子距离超过10倍半径则分子力几乎没有。所谓的几乎没有,正确理解为分子力的大小相对于分子质量来说太小,其对运动的影响已经远远小于其他因素对分子的影响。假如环境只有两个分子,那么这个分子力其实不能忽略。当然这个对本问题没有影响,但借机所思考是主要的。（2）对同一物质,固体分子动能小只能在晶格点附近振动；液体分子动能大,活动空间大,运动无规则,但由于还不够大,所以还有一定吸引力；而气体分子动能最大,活动空间大,使得距离足够大,几乎没有约束力。（3）宏观的温度与分子平均动能对应,状态与势能对应。结合“（2）”可以解释为什么同一物质的温度升高对应的状态是固、液、气。（4）宏观的降温及凝固的微观解释是：高动能的分子通过碰撞把动能传给了低动能分子,使自己的动能降低,根据“（3）”这会导致温度降低。由于动能降低使得不能突破平衡位置分子力约束,结果被锁在固定位置附近振动,大量的分子都被锁定则发生了宏观的凝固。（5）宏观的蒸发是液体表面高动能的分子脱离液体约束的结果。根据“（3）”这会导致液体的分子平均动能降低,宏观上产生降温的效果。（6）宏观的凝固会放热的微观解释（这个用得上）,低动能分子被约束力拉回约束点,实际上是势能降低的过程,这个释放的势能会传递给别的分子,所以是放出能量,由于是分子级别的所以叫放热。（7）微观热学通过统计学转化到宏观。在物体中,尽管分子动能不同,但它们是正态分布的,也就是大部分离平均动能不远。分子动能越离谱的,数量越少。因此温度越低的液体,其包含的的高动能分子虽然有,但更少。这是为什么蒸发快慢与温度有关。这些是正确的并且足够的话,我们就可以不跳出这个圈子来解决问题了。我们先来小练一下,解决这样三个问题（这个一会有用,先解决了免得用的时候出乱子）：A,0℃冰与0℃水的平均分子动能应该是一样的,既然这样,为什么冰中的水分子不能像水中的水分子一样冲破分子力的束缚呢?根据（1）冲破束缚需要突破引力,则必然降低动能,则由于动能变低到不足以突破了。所以要想突破必须补充动能,也就是有高能分子来撞它,也就是宏观上的要吸热。没有吸热所以他只能是冰,尽管分子动能跟水一样。B,水在0℃时,外界吸热的话分子动能降低,应该温度降低了才对,但是事实上,水在凝固过程中还是0℃,这是为什么?这是因为水分子在被吸热,也就是把自己的动能传给了外界的低动能分子后,动能不够则被吸引到平衡位置附近,这个过程势能降低使得他的动能升高。升高到多少,就是刚才说的那个处于0℃,又不能冲破束缚的分子动能。C,0℃或即使高于0℃的水中按统计应该也有低能的分子,他们为什么不结冰。这是因为分子之间由于碰撞是不断交换动能的,所以水中总有低能分子,但谁是低能分子不是固定的。没有稳定的大量的低能分子,这就使得不可能在水中突然有结冰。万事俱备,试试解题。首先根据（7）,处于凝固点的水,其包含的高能分子并不多,所以蒸发虽然有,但不强烈。这一点使得即使把水换成别的东西也一样有效。另外我们不考虑水的特殊化学性质,比如成分子团什么的,如果有人从这个角度找答案是在用附加条件,不算真正解决。那么少量的水面分子,其中更少量的高能分子逸散到环境中。然后水面以下的高动能分子会由于碰撞渐渐把分子动能传给表面那些低能的分子,使得表面又有高能分子,继续逸散。同时空间中的高能水分子会撞回液面,损失能量,变成低能分子,回归水里。总有一个时刻逸散和回归达到平衡,正因此矿泉水瓶的水才不会越来越少。所以便形成了不断有高能分子从水中到空间,又有空间中的高能分子回到水中,这样一个动态循环过程,并且这些高能分子在所有水分子中只占少数,尽管是极少数但毕竟损失了一些能量。水中整体降低了的平均动能,根据刚才对B的解释,会转嫁成分子势能的降低,所以不存在水温度的降低,尽管水确实损失了一些能量。但由刚才的C问题我们已经知道水中的分子能量是动态交换的。所以势能降低的分子是不断变化的。同时由于损失的高能分子是极少数,所以势能降低的分子也是极少数。极少数,同时又不断变化。这使得宏观上不可能有大量的相对稳定的低能分子,所以不可能结冰。液体水损失的能量储存在那些逸散的水分子中。由于尽管他们是高能水分子,但毕竟是从液体里出来的,所以在逸散的时候仍然是要克服引力的,这使得这些高能水分子的动能有所损失,而有了更高的势能。在以后回归到水面的过程中这些势能则会发挥作用,提高分子动能。总结一下：过程中要用到的重要理念是：温度受分子动能影响,状态受分子势能影响,分子势能受位置影响,热学的统计意义,分子能量是不断交换的等。不过有些新的问题也有意思,与大家分享：（1）30℃的水在30℃的封闭空间中会不会降温（2）把刚才的30℃水和0℃水的问题中的空间设成真空且无限大的怎么办。是否可能源源不断的有高能分子逸出,他们不能不回归,由于不能回归恐怕就不能用小量来说高能分子很少了,因为即使都是低能分子,也可能因为通过碰撞产生高能分子。