《中国通史》

第四卷 中古时代·秦汉时期(下册)·第二节 热学知识

  
第二节 热学知识

  对热的认识和利用

  热是人类须臾不可离的。秦汉时期,人们在日常生活中逐渐积累了不少热的知识。

  在燃料方面,人们除了使用木炭和煤以外,还发现了新的能源——石油。《汉书·地理志》载:“高奴有洧水,可燃。”当地人用它来做过燃料是有可能的。

  这一时期对烟囱和火道等通风设施与燃烧程度的关系也有一定的认识。当时已有关于“曲突徙薪”的见解:“客有过主人者,见其灶直突,傍有积薪。客谓主人,更为曲突,远徙其薪,不者且有火患。”③这里的“突”指的是烟囱,“直突”就是把烟囱安在火膛的上方;“曲突”则是让火焰先通过一段火道,然后再通向烟囱。直突火势过盛,容易招致火灾,因此居家不宜;而曲突可使火势延缓,有利于炊事安全。

  秦汉时期,人们已能利用热胀冷缩的现象于工程施工上。据载秦国李冰父子在修建都江堰的施工中,曾采用“积薪烧之”的方法,坼裂岩石,开山劈岭。即是先用柴草烧炽岩石,使其热胀冷缩不均匀而致裂解①。东汉武都太守虞诩在开通粮道时,也使用此法:“使人烧石,以水灌之,石皆坼裂,因镌去石。”②这是工程实践中的巧妙发明。

  秦汉时期人们还开始利用热气流。《酉阳杂俎》载:“汉高祖入咸阳宫,宝中尤异者有青玉灯,檠高七尺五寸,下作蟠螭,以口衔灯。灯燃则鳞甲皆动,炳焕若列星。”③蟠螭的鳞甲可能是很薄的金属片所制,燃灯所产生的热气流向上冲动这些鳞片,致使其炳焕若列星。除了生产生活实践中利用热气流外,人们还做些热气流或热膨胀方面的科学实验。《淮南万毕术》云:“艾火令鸡子飞。”高诱注:“取鸡子去其汁,燃艾火,内空卵中,疾风因举之飞。”事实上由燃艾而引起的热气流外喷不足以令鸡子自飞,但空卵内的空气受热膨胀而使比重减小,从而在疾风中飞行短短的一段是有可能的。后世热气球的原理与此完全相同,只是升力更大而已。

   对水的三态变化的认识和利用

  秦汉时期已经知道水的三态变化,并且知道水的蒸发、凝结同温度有密切的关系。如《大戴礼记》说:“天地积阴,温则为雨,寒则为雪。”《论衡》更进一步指出:“云雾,雨之征也。夏则为露,冬则为霜,温则为雨,寒则为雪。”①汉刘熙《释名》曰:“雪,绥也。水下遇寒而凝,绥绥然下也。”《韩诗外传》曰:“凡草木花多五出,雪花独六出。雪花曰霙,雪云曰同云。”②汉代人们还做过沸水骤然冷却的实验,由此可以获得低于大气压力的效应,尽管古人当时可能没有低压的概念,但在实践中已有此经验知识。《淮南万毕术》云:“铜瓮雷鸣。”高诱注:“取沸汤置铜瓮中,坚密塞,内之井中,则雷鸣闻数十里。”这是二次沸腾现象。沸汤倒入铜瓮后,即止沸。但坚密塞后,入井中骤冷,瓮中液面蒸汽由于迅速冷凝而使气压骤降,因而引起了二次沸腾;同时因瓮内气压低,致使外力挤压铜瓮,从而使瓮壁塌陷或破裂,发出巨响。至于声闻数十里则是夸张之词。

  《淮南万毕术》还提到用沸汤造冰的实验:“取沸汤置瓮中,密以新缣,沉井三日,成冰。”这是属于通过减压来提高冰点的实验。但是此种气压的降低对水的冰点的提高影响甚微,因此这个实验是不可能成功的。可是既有如此记载,说明当时人们是在没有经验事实的情况下提出人工造冰的想法的,必定是受到了某些经验的启示。我国古代典籍中不止一次提到“夏造冰”。如《庄子·徐无鬼》说到鲁遽的弟子曰:“我得夫子之道矣,吾能冬爨鼎而夏造冰。”这里的“夏造冰”只是说说而已,未必能造成。《淮南子》对此就明确地否定,在“以冬铄胶,以夏造冰”句下,高诱注曰:“言以非时铄胶、造冰,难成之也。”这说明当时的人就指出:“夏造冰”是不可能的。但是从获得低气压的手段来说,上面两条实验是很先进、很了不起的。

  成书于西汉的《黄帝内经》曾谈到寒温燥湿对大地的影响:“燥胜则地干,暑胜则地热,风胜则地动,湿胜则地泥,寒胜则地固矣。”又说:“燥以干之,暑以蒸之,风以动之,湿以润之,寒以坚之,火以温之。故风寒在下,燥热在上,湿气在中,火游行其间。”①人们生活在不断变化的寒温燥湿的环境中,需要时刻掌握其变化规律。在对寒温燥湿的大量实践认识的基础上,人们制造了最原始的温度计和湿度计。

  最原始的温度计是利用水的结冰和溶化来判断气温的变化。“睹瓶中之冰,而知天下之寒。”②“见瓶中之水,而知天下之寒暑。”③寒与不寒,人体当然能够感觉出来,周围的景物也可以做参考,但专门设置一铜瓶进行测温,这在科学认识论和方法论上是前进了一大步,反映了我国先民可贵的实验精神。

  汉代人们测量燥湿变化的方法也是相当科学的,即是把炭和羽毛或其他物质放在天平的两端,经过一段时间后视其两端的起伏,就能判断燥湿。《淮南子》云:“悬羽与炭,而知燥湿之气。”①“燥故炭轻,湿故炭重。”②这是利用炭与羽的不同的吸湿性来制成最原始的湿度计。《史记·天官书》有类似的记载:“冬至短极,悬土炭。”裴骃《集解》引孟康曰:“先冬至三日,悬土炭于衡两端,轻重适均,冬至日阳气至则炭重,夏至日阴气至则土重。”又引晋灼曰:“蔡邕《律历记》:‘候钟律权土炭,冬至阳气应黄钟通,土炭轻而衡仰,夏至阴气应蕤宾通,土炭重而衡低。进退先后,五日之中。’”前者是把土与炭放于衡之两端;后者则把土炭合放一端,另一端为砝码。古代测定燥湿的方法有多种,王充在《论衡》中记述了另一种判断燥湿的方法:“天且雨,蝼蚁徙,蚯蚓出,琴弦缓。”③其中琴弦缓属于人们可以测量的物理现象,据此可以预报晴雨天气。王充还对寒温的传播做了研究,指出:“夫近水则寒,近火则温,远之渐微。何则?气之所加,远近有差也。”④这实际上是从“气”的角度探讨热的传导的问题,明确指出,热是靠气来传导的,愈远,热在传导中损失就越大,因而渐微。

  

  ③《汉书·霍光传》。

  ①常璩:《华阳国志·蜀志》。

  ②《后汉书·虞诩传》注引《续汉书》。

  ③段成式:《酉阳杂俎·物异》。

  ①《论衡·说日》。

  ②《艺文类聚·天部》下引。

  ①《黄帝内经素问·五运行大论》。

  ②《淮南子·说山训》。

  ③《淮南子·兵略训》。

  ①《淮南子·说林训》。

  ②《淮南子·天文训》。

  ③《论衡·变动》。

  ④《论衡·寒温》。

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