第六章 热 第三节 有关温度和温差的知识

温度计发明以前,人们常常以自己的体温,例如以手触摸物体,来判别温度高低。这种以体温为标准的触摸感觉法,只能判别一定范围内的温差。古代人所谓冷、寒、凉、温、热、烫等,都是些温差概念,而不是指特定的温度。感觉法往往因人而异。在某种程度上,已被感觉到属“寒冷”(或“热”)的一类物体,就很难再区分它们中哪一个更冷(或更热)。因此,《淮南子·说山训》写道:

寒不能生寒,热不能生热;不寒不热,能生寒热。

这正是古代人由感觉导致的温差观念。

应当说,体温是古代最恒定的“温度计”。因为正常人的体温基本相同。古代人充分地认识并利用这种“温度计”。北魏贾思勰〔xie协〕在《齐民要术》中曾指出,牧民作奶酪,常使酪的温度“小暖于人体”;作豆豉,“令温如腋下为佳”。人的腋下温度较为稳定,迄今仍为医疗界所采用。王祯《农书》述及养蚕气温时,指出养蚕人在蚕室内需穿单衣,“以为体测”,即以自己的体温来测定蚕室内温度:“自觉身寒,则蚕必寒,使添熟火;自觉身热,蚕亦必热,约量去火”。在焙制茶叶过程中,茶农“用火常如人体温”,“若火多则茶焦不可食”(蔡襄:《茶录》上篇)。

古代人以水的物态变化来判定天气温度。水结冰,天寒;冰化水,天气转暖。因此,古代人常说:“见瓶中之水,而知天下之寒暑”(《淮南子·兵略训》);或者说:“睹瓶中之冰,而知天下之寒。”(《淮南子·说山训》)

如前所述水的递次沸腾现象,反之,人们以这种可见的现象来判定水温。苏东坡有一首诗描写煮水泡茶的情景:“蟹眼已过鱼眼生,飕飕欲作松风声。”(转引自《农书·百谷谱集之十·茶》)水中的气泡及其声音都可供人们判断水是否已沸。明代屠龙说,烧水有三沸:“始如鱼目微微有声,为一沸;缘边泉涌连珠,为二沸;奔涛溅沫,为三沸。”(《考槃余事》卷三《茶笺》)由现在的知识判断,一沸约75℃—80℃,二沸约85℃—90℃,三沸为100℃。

在冶炼和烧陶过程中,工匠善于看火候,察颜观色判别温度高低。“火候”成为中国传统科学文化中内含丰富的知识之一。冶铸青铜合金时,火焰的颜色可供判别铜与锡是否熔化,可否开炉铸造。春秋战国之际的《考工记》写道:

黑浊之气竭,黄白次之;黄白之气竭,青白次之;青白之气竭,青气次之。然后可铸也。

就今日冶铸技术看,这些描述也有合理之处。首先熔解挥发的是那些不纯杂物,呈现“黑浊”的焰色;然后熔点较低的锡熔解并挥发,呈现“黄白”的焰色;随温度上升,铜熔化并挥发,呈现“青白”焰色。最后,炉火纯青,开炉铸造。这种察看火候的方法,不仅被历代工匠沿用,也被炼丹家所发展。炼丹家以火焰颜色判断丹砂和矿石中的成份。如“硝石”(硝酸钾)火焰为“紫青”,氧化铜火焰“似红金”,“硝汞”(汞与硫化合物)为“青焰”等等。直到18世纪,有关冶炼著作还写道:“凡炼,……绿火黄火,各如其矿色也。惟红火为上,乃铜之光。”(檀萃:《滇海虞衡志》卷二《金石》)从这些文字记载看,火候的概念确实包括了在火焰颜色中反映出来的温度高低。今天人们常说的“火候足”或“火候不到”,多包含温度或环境气氛等多层意思。

值得指出的是,温度高低常常与热传递有关。在这方面,汉代王充的许多论述极为精彩。他写道:

近水则寒,近火则温,远之渐微。何则?气之所加,远近有差也。(《论衡·寒温篇》)

这正是热传递现象及其与远近距离的关系。王充以“气”的观念来解释这种现象,也不是完全没有道理的。他还写道:

夫熯〔han旱〕一炬火(即烛火)爨〔cuan窜〕一镬〔huo获〕水,终日不能热也。倚一尺冰,置庖厨中,终夜不能寒也。何则?微小之感不能动大巨也。(《论衡·感虚篇》)熯薪燃釜,火猛则汤热,火微则汤冷。(《论衡·谴告篇》)

这些叙述,暗含着热量大小以及与其发生热传递的外界系统的关系。热的能量太小,不足于影响或改变巨大的外界系统的温度。王充的这些科学思想,在科学史上是罕见的。

传教士进入中国之后,17世纪下半叶温度计才从西方传入中国。