讓物體結凍的超能力能否成真?

電影"冰雪奇緣"在前陣子很流行，而裡面的女主角Elsa是個只要手一揮就能讓水氣結冰並且形成任意形狀。這讓我不禁好奇，像這樣的能力是否在真實世界也能達成呢?

首先，我們要先明白水氣結冰的原因。在電影中，Elsa身處的環境是個冰天雪地，溫度本來就很低了，所以要讓水氣結冰似乎沒有很困難。想讓水氣結冰，就要讓水的溫度降到冰點以下，讓原本是氣態或液態的水變成固態。要讓水的相位油氣態或液態轉變為固態，就得讓水釋放出熱量，將低溫度。溫度降得夠低，水就能變為固態。

但是，除了這個途徑，在某些特殊情況下依然可以讓水不放出熱量就形成固態。更正確地來說，是將原本就是固態的水聚集，讓密度、體積提高，形成較大的冰結晶體。而要利用這種途徑的條件就是在周圍正在飄雪的時候。從天空降下來的水是一個個細小的冰結晶，降到地面堆疊起來時就會形成蓬鬆的雪堆。因為這些結晶體裡的水分子不會與鄰近晶體的水分子形成鍵結，而是推疊在一起，如此一來，這些結晶就不會進一步形成體積更大，結構穩定的固體。水分子間是透過"氫鍵"來鍵結的，氫鍵就是讓兩個以上的水分子互相連結的化學鍵。想要打破氫鍵就必須有足夠的能量，而打破鍵結時會釋放出能量。反之，如果要重新形成鍵結也要賦予能量。想利用周遭的冰晶形成更大的冰結晶體，就必須要賦予能量讓這些微小的冰結晶體間形成鍵結。氫鍵的鍵結能大約是 5-30kJ/mol (J是焦耳，能量的單位，mol 是莫耳數，1 mol的原子 大約等於有6*10^{23  個原子})    1mole的水分子質量大約為18g

假設今天要做出18g的冰晶體，那需要的最低能量就是5000J (5kJ) 。 但是，環境中的冰晶已經是由一定數量的水分子結合成的，在-12度C下形成的冰晶質量約為12 𝝻g，也就是含有約1.5*10^{9 個水分子。所以需要的能量就是5000*(}6*10^{23  -} 1.5*10^{9  /}6*10²³)  (已經有1.5*10^{9 個水分子鍵結，所以我們要扣除這些已經鍵結的水分子，重新計算能量消耗})  由於1.5*10^{9  相對於}6*10^{23 來說很小，所以我們可以省略不計，並且估計所需能量還是5000J。}

也就是說，光是要做出18g的冰晶體就要花費5000J的能量，在電影裡，Elsa做出的冰肯定有超過數十甚至數百公斤，也就花費了數萬甚至數十萬焦耳的能量。要一個人輸出這麼多能量是不太可能的。就算一直吃香蕉補充能量也行不通。