粗略地說,溫度是指冷熱的程度。冷熱的概念自古已有,在溫度計(jì)出現(xiàn)以前,人們常憑自己的感官的感覺,例如用手觸摸物體來判別物體是冷、是熱,冷熱的程度如何。這種以體溫為基礎(chǔ)的觸摸感覺法,只能判斷一定范圍內(nèi)的溫差,而不是特定的溫度概念,古人以寒、冷、涼、溫、熱、燙等術(shù)語所表示的溫差范圍,會(huì)隨人而異,有極大的主觀性。
觀察自然現(xiàn)象知寒暖
即使如此,古人還是找到了一些較為客觀地判別冷熱程度的辦法。戰(zhàn)國(guó)時(shí)人們已經(jīng)知道通過觀察水的結(jié)冰與否來推知?dú)鉁叵陆档某潭?。例如,《呂氏春秋·慎大覽·察今》就記載道:“見瓶中之冰而知天下之寒?!边@種做法被后世人們所認(rèn)可,漢代的《淮南子·兵略訓(xùn)》就有幾乎同樣的記載:“見瓶中之水,而知天下之寒暑”。這是因?yàn)?,通過觀察瓶中水結(jié)冰或冰融化,確實(shí)可以大致知道氣溫的寒暖變化。
古人對(duì)自然規(guī)律缺乏了解,認(rèn)為反常氣令是上天對(duì)帝王卿相失德的“告誡”。所以,要把氣令記錄下來,寫到官修的史籍中去以占驗(yàn)吉兇。同時(shí),對(duì)一些特定日期例如冬至?xí)r的氣候狀況,古人也比較注意記錄。至遲從十一世紀(jì)起,官方就已經(jīng)習(xí)慣記錄冬至后九個(gè)九天當(dāng)中每日的天氣,這叫做“數(shù)九寒天”。在明清時(shí)代,人們常把這些日子的天氣每天記錄在一種圖上。有關(guān)這方面的記錄在清代匯編的《古今圖書集成》中有四卷之多?,F(xiàn)在,我們從這些記載中可以看到中國(guó)古代氣候的溫度變化情況。
以人體體溫為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫
雖然以體溫判別周圍物體的冷熱程度,會(huì)因人而異。然而體溫又是古代最恒定的“溫度計(jì)”。因?yàn)檎H说捏w溫基本相同。古代人就充分地認(rèn)識(shí)了這種特殊的“溫度計(jì)”,并在制奶酪、豆豉、養(yǎng)蠶、茶葉的加工工藝中應(yīng)用。
北魏賈思勰曾指出,牧民作奶酪,使酪的溫度“小暖于人體,為合適宜”;他又指出,作豆豉,“大率常令溫如腋下為佳”,“以手刺(豆豉)堆中候,看如腋下暖”。
宋代陳旉在論及洗蠶種的水溫時(shí)說:“調(diào)溫水浴之,水不可冷,亦不可熱,但如人體斯可矣?!痹醯澰谡摷梆B(yǎng)蠶的最佳室溫時(shí)指出,養(yǎng)蠶人“需著單衣,以為體測(cè):自覺身寒,則蠶必寒,使添熟火;自覺身熱,蠶亦必?zé)?,約量去火”。
宋代蔡襄曾說過,茶葉“收藏之家,以蒻葉封裹,入焙中兩三日,一次用火常如人體溫,溫則御濕潤(rùn),若火多則茶焦不可食”。
觀察發(fā)熱物體的火焰顏色———高溫目測(cè)技術(shù)
“火候”一詞最初的本意是,觀察發(fā)熱物體的火焰顏色。在金屬冶煉或燒制陶瓷過程中,歷代工匠都以火焰顏色來判別爐體內(nèi)溫度的高低。因此,火候?qū)嶋H上是古人創(chuàng)造的一種經(jīng)驗(yàn)的高溫目測(cè)技術(shù)。雖然,它具有很大的經(jīng)驗(yàn)性,亦不能標(biāo)出溫高的具體數(shù)值,但它有充分的科學(xué)性。
戰(zhàn)國(guó)時(shí)著作《考工記》,最早記述了冶鑄青銅的火焰顏色:
凡鑄金之狀,金與錫,黑濁之氣竭,黃白次之;黃白之氣竭,青氣次之;青白之氣竭,青氣次之。然后可鑄也。
這段話可用現(xiàn)在科學(xué)知識(shí)解釋:在熔爐中加入銅礦和錫礦而進(jìn)行熔化的過程中,首先熔化揮發(fā)的是那些不純雜物,它們的燃燒呈現(xiàn)“黑濁”焰色;然后,熔點(diǎn)較低的錫或雜物硫熔化并揮發(fā),呈現(xiàn)“黃白”焰色;隨爐溫升高,銅(古代寫為“金”)熔化并揮發(fā),銅與錫成為青銅合金,呈現(xiàn)“青白”顏色,進(jìn)而爐火純青,便可開爐鑄造。
火候觀察法,不僅被歷代冶鑄、陶瓷等工匠沿用,也被煉丹家和藥物學(xué)家所發(fā)展。古人為我們留下了許多物質(zhì)的火焰顏色的記載,這些記載表明通過觀察火焰顏色來判斷溫度的高低以及爐內(nèi)氣氛確實(shí)是古人常用的判別溫度高低的方法。這與近代物理學(xué)中用光譜學(xué)原理,對(duì)不同物質(zhì)的不同特征火焰及其所對(duì)應(yīng)的溫度,來鑒別物質(zhì)的方法是一致的。
清初歐洲溫度計(jì)知識(shí)的傳入
最早把歐洲的溫度計(jì)介紹到中國(guó)的是,比利時(shí)人天主教耶穌會(huì)傳教士南懷仁(F.Verbiest,1623~1688)。南懷仁于清順治十六年(1659)來華,他著述的關(guān)于溫度計(jì)的一本小冊(cè)子《驗(yàn)氣圖說》于1671年刊行。該書后被收入他1674年撰成《新制靈臺(tái)儀象志》一書的第十四卷中。該書中介紹了測(cè)量冷熱變化和干濕變化的概念,并描述了“測(cè)氣寒熱”的儀器即溫度計(jì)的制作方法、用法及原理。南懷仁制作的溫度計(jì)(見40頁右欄上圖),管子呈U形,管內(nèi)注燒酒(或水);以一水平線為基準(zhǔn),將管子劃分成上半部較長(zhǎng)、下半部較短的兩部分,對(duì)應(yīng)天氣的冷熱作了一些不等分的分度,以作為測(cè)量溫度的標(biāo)尺。從書中敘述看,這種溫度計(jì)只能觀察到溫度的變化,也只能測(cè)量相對(duì)的冷熱程度,實(shí)際上類似伽利略等人發(fā)明和使用的那種沒有固定點(diǎn)而且溫標(biāo)是任意的空氣溫度計(jì)。而17世紀(jì)歐洲許多科學(xué)家致力于研究溫度計(jì)的改進(jìn)和使用,他們對(duì)溫度計(jì)的玻璃泡和管子尺寸與液體含量之間的關(guān)系,做了大量實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)此,西方傳教士未能及時(shí)介紹到中國(guó)來。
(本文作者系原中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院熱工處高級(jí)工程師)