中國古代的溫度測量

中國古代的溫度測量

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)國時人們已經(jīng)知道通過觀察水的結(jié)冰與否來推知氣溫下降的程度。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。”這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”。這是因為，通過觀察瓶中水結(jié)冰或冰融化，確實可以大致知道氣溫的寒暖變化。

　　古人對自然規(guī)律缺乏了解，認(rèn)為反常氣令是上天對帝王卿相失德的“告誡”。所以，要把氣令記錄下來，寫到官修的史籍中去以占驗吉兇。同時，對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)慣記錄冬至后九個九天當(dāng)中每日的天氣，這叫做“數(shù)九寒天”。在明清時代，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。現(xiàn)在，我們從這些記載中可以看到中國古代氣候的溫度變化情況。

　　以人體體溫為標(biāo)準(zhǔn)測溫

　　雖然以體溫判別周圍物體的冷熱程度，會因人而異。然而體溫又是古代最恒定的“溫度計”。因為正常人的體溫基本相同。古代人就充分地認(rèn)識了這種特殊的“溫度計”，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說：“調(diào)溫水浴之，水不可冷，亦不可熱，但如人體斯可矣。”元代王禎在論及養(yǎng)蠶的最佳室溫時指出，養(yǎng)蠶人“需著單衣，以為體測：自覺身寒，則蠶必寒，使添熟火；自覺身熱，蠶亦必?zé)幔s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，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)驗的高溫目測技術(shù)。雖然，它具有很大的經(jīng)驗性，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)國時著作《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，對不同物質(zhì)的不同特征火焰及其所對應(yīng)的溫度，來鑒別物質(zhì)的方法是一致的。

　　清初歐洲溫度計知識的傳入

　　最早把歐洲的溫度計介紹到中國的是，比利時人天主教耶穌會傳教士南懷仁（F.Verbiest,1623~1688）。南懷仁于清順治十六年（1659）來華，他著述的關(guān)于溫度計的一本小冊子《驗氣圖說》于1671年刊行。該書后被收入他1674年撰成《新制靈臺儀象志》一書的第十四卷中。該書中介紹了測量冷熱變化和干濕變化的概念，并描述了“測氣寒熱”的儀器即溫度計的制作方法、用法及原理。南懷仁制作的溫度計（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、下半部較短的兩部分，對應(yīng)天氣的冷熱作了一些不等分的分度，以作為測量溫度的標(biāo)尺。從書中敘述看，這種溫度計只能觀察到溫度的變化，也只能測量相對的冷熱程度，實際上類似伽利略等人發(fā)明和使用的那種沒有固定點而且溫標(biāo)是任意的空氣溫度計。而17世紀(jì)歐洲許多科學(xué)家致力于研究溫度計的改進(jìn)和使用，他們對溫度計的玻璃泡和管子尺寸與液體含量之間的關(guān)系，做了大量實驗研究。對此，西方傳教士未能及時介紹到中國來。

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