化學(xué)量都是人造概念,是人類為了認(rèn)知,區(qū)分自身和外界物體而籌建的。阿姆斯特丹學(xué)派主張:“自然科學(xué)不是自然界本身,而是人和自然界關(guān)系的一部份,因此依賴人。”溫度是評(píng)判物質(zhì)冷熱程度的數(shù)學(xué)量,在微觀本質(zhì)上覺(jué)得代表的是分子、原子的運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。在熱力學(xué)短發(fā)子(原子)的運(yùn)動(dòng)包括平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和震動(dòng)。在固體的磨擦生熱的解釋中,覺(jué)得固體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能和分子間互相作用勢(shì)能構(gòu)成了宏觀物體的熱力學(xué)能。
人類對(duì)事物的認(rèn)識(shí)總是漸進(jìn)的,不斷深入的,隨著認(rèn)識(shí)的深入會(huì)發(fā)覺(jué)各類物理數(shù)學(xué)模型都是理想化的條件。這些認(rèn)識(shí)永遠(yuǎn)沒(méi)法邁向?qū)κ挛锏慕^對(duì)認(rèn)識(shí),由于孤立的事物是不存在的,所有的系統(tǒng)都是宇宙的一部份。所謂的體溫的微觀本質(zhì)是大量分子的平均動(dòng)能,這些推論也是不完備的。
室溫的微觀本質(zhì)是分子熱運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)的完善,部份來(lái)始于對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的研究。微小顆粒在水底的運(yùn)動(dòng)嚴(yán)格來(lái)說(shuō)屬于機(jī)械運(yùn)動(dòng),這些機(jī)械能由彈性能轉(zhuǎn)化而至,而彈性能在更微觀層級(jí)上可能是水份子的電磁場(chǎng)的勢(shì)能。顆粒做布朗運(yùn)動(dòng),是機(jī)械能和彈性(勢(shì))能二者之間不斷互相轉(zhuǎn)化的一種動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果。微小顆粒是不溶于水的,對(duì)水份子來(lái)說(shuō)是異物,它與水份子之間形不成物理鍵的結(jié)合。微小顆粒的布朗運(yùn)動(dòng),并不等同于水份子的運(yùn)動(dòng)。
化學(xué)量之間常常互相依存,檢測(cè)一種化學(xué)量,常常要依靠其他化學(xué)量或物質(zhì)的其他數(shù)學(xué)特點(diǎn)。我們生活中常用的體溫計(jì)是依照液體熱脹冷縮的原理制成,體溫計(jì)液泡內(nèi)通常是水銀,酒精、煤油等液體。在工業(yè)上,廣泛使用溫差電偶體溫計(jì)——它借助個(gè)別金屬的溫差電現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣溫的測(cè)量,檢測(cè)范圍可從3000度到接近絕對(duì)零度。專用的低溫體溫計(jì)有光測(cè)溫度計(jì)分子熱運(yùn)動(dòng)是熱脹冷縮嗎,比色體溫計(jì)和幅射體溫計(jì)。在人造太陽(yáng)(可控核聚變)試驗(yàn)中,對(duì)氣溫的檢測(cè)則借助到了激光散射,軟X射線能譜等光學(xué)原理。

布朗運(yùn)動(dòng),是微粒在液體(二氧化碳)中的運(yùn)動(dòng),從試驗(yàn)中觀測(cè)到:氣溫越高,微粒的布朗運(yùn)動(dòng)越激烈,但這是在壓力不變情況下的結(jié)果。微粒的布朗運(yùn)動(dòng),與氣溫成反比,與液體的壓力成正比。而壓力加強(qiáng)到一定程度,微粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)甚至?xí)l(fā)生變化,被壓癟,跳入水中,失去在水底的布朗運(yùn)動(dòng)。例如,空氣中懸浮的飛絮,我們用手將它搓捻一下,它的化學(xué)性質(zhì)、化學(xué)結(jié)構(gòu)及質(zhì)量并無(wú)變化,但它卻不能再浮于空氣中。微粒的布朗運(yùn)動(dòng)的劇烈程度,和濕度,壓力及微粒是處于液態(tài)和氣態(tài)的環(huán)境中都有關(guān)系。固態(tài)物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)中的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力肯定要小于液態(tài)和氣態(tài)的分子。在現(xiàn)今的電子顯微鏡下,人類也未能觀測(cè)到液體,固體分子出現(xiàn)類似于微粒的布朗運(yùn)動(dòng)中的平動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)及震動(dòng)。微粒在二氧化碳和液體中的布朗運(yùn)動(dòng)的劇烈程度,與氣溫成反比,與液體中微粒的數(shù)目成正比,與液體的壓力成正比,也就是說(shuō),氣溫并非是分子運(yùn)動(dòng)劇烈程度的惟一決定條件(由布朗運(yùn)動(dòng)證明了分子運(yùn)動(dòng)),而將體溫的微觀本質(zhì)定義為分子熱運(yùn)動(dòng),與其他無(wú)關(guān),其實(shí)從物理方式和邏輯上是不創(chuàng)立的:布朗運(yùn)動(dòng)硬度系數(shù),反比于室溫正比于密度和壓力。
在空調(diào)的制熱過(guò)程中,壓縮機(jī)將氣態(tài)的制熱劑加壓,制熱劑的壓力及濕度增高,但容積縮小許多,在高壓下形成液化現(xiàn)象。制熱劑氣溫增高,這么分子運(yùn)動(dòng)該提高;并且因?yàn)橹茻釀┤莘e的大幅壓縮及液化,分子的運(yùn)動(dòng)空間遭到擠壓,但運(yùn)動(dòng)劇烈程度反倒提高,即便有悖于常理。諸如:在一個(gè)20平方米的臥室內(nèi)裝入3個(gè)人,這么三個(gè)人在上面有運(yùn)動(dòng)空間;而倒入100個(gè)人,這么人的平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和震動(dòng)就會(huì)遭到限制。所謂的天文學(xué)中的白矮星,中子星及超固態(tài),因?yàn)槲镔|(zhì)結(jié)構(gòu)早已與普通物質(zhì)的分子,原子結(jié)構(gòu)不同,但這種物體也存在室溫這項(xiàng)數(shù)學(xué)量,其實(shí)體溫的微觀本質(zhì)的運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)有其局限性。100攝氏度的水和100攝氏度的水蒸氣,氣溫相同,假如覺(jué)得分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度完全相同,顯著缺乏勸說(shuō)力。
傳統(tǒng)觀點(diǎn)覺(jué)得:熱傳播的條件是存在室溫差,只要存在室溫差,還會(huì)發(fā)生熱傳遞,直至氣溫相同為止。熱傳播的方法有三種:傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流。兩個(gè)固體之間的熱傳遞主要通過(guò)熱傳導(dǎo),液體及二氧化碳熱傳遞時(shí)對(duì)流顯著。而熱幅射是非接觸的兩個(gè)物體之間的惟一傳遞方法,以可見(jiàn)光、紅外線、微波等來(lái)傳遞熱,但在分子運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)中,沒(méi)有電磁波幅射和吸收的概念。諸如太陽(yáng)以電磁波——光的方法,經(jīng)過(guò)太陽(yáng)系內(nèi)的空間將熱能傳遞給月球。現(xiàn)今問(wèn)題又來(lái)了,在宇宙內(nèi),存在許多接近真空的空間(上面基本沒(méi)有分子和原子),但這種空間內(nèi)也有體溫這項(xiàng)數(shù)學(xué)量,但是接近太陽(yáng)的地方氣溫極高,而有些空間濕度接近絕對(duì)零度。這種空間中通過(guò)電磁波測(cè)定體溫的高低,分子熱運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)又該怎么囊括此類情況?類似于水的蒸發(fā)現(xiàn)象,物體幅射和吸收電磁波是同時(shí)存在的:吸收的少于幅射的,則體溫下降;幅射的少于吸收的,則濕度增加。而兩個(gè)非直接接觸的物體氣溫相同時(shí),并非是不再吸收和幅射電磁波,而是類似于水的飽和蒸氣壓的狀態(tài),吸收和幅射達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。天文學(xué)中恐怕太陽(yáng)早已存在50億年,期間它仍然在輻射出光能熱能,這麼它的濕度該逐漸升高,分子的運(yùn)動(dòng)劇烈程度逐漸減少嗎?其實(shí)這是錯(cuò)誤的,由于太陽(yáng)的氣溫是相對(duì)恒定的,它通過(guò)核聚變反應(yīng)釋放出核能,核能又主要以光能和熱能的方式對(duì)外釋放。熱能和氣溫息息相關(guān),在接近真空的環(huán)境中,氣溫在微觀本質(zhì)上是和電磁能流密度相關(guān)的。分子吸收外界幅射來(lái)的電磁能以后,在壓力不變的情況下表現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)提高的現(xiàn)象,也有可能出現(xiàn)由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的轉(zhuǎn)化。而在壓力減小的情況下分子熱運(yùn)動(dòng)是熱脹冷縮嗎,氣態(tài)分子也可以釋放出電磁能,出現(xiàn)凝結(jié)液化現(xiàn)象,同時(shí)伴隨著氣溫下降對(duì)外吸熱的結(jié)果。
微粒的布朗運(yùn)動(dòng)只存在于二氧化碳和液體中,以上主要通過(guò)布朗運(yùn)動(dòng)剖析了氣溫微觀本質(zhì)運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)的不足。下邊我們來(lái)說(shuō)固體磨擦生熱中的情況。

在古時(shí)對(duì)熱就有兩種想法:一種把熱看成是一種特殊物質(zhì),它不生不滅,存在于一切物體之中,物體的冷熱程度,取決于所含熱質(zhì)的多少;另一種覺(jué)得熱是物質(zhì)微粒的某種運(yùn)動(dòng)方式。十八世紀(jì)時(shí),因?yàn)闊豳|(zhì)說(shuō)難以解釋磨擦生熱的現(xiàn)象,而分子熱運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)較好的解釋了磨擦生熱及機(jī)械能和熱能之間的轉(zhuǎn)化問(wèn)題,于是否定了熱質(zhì)說(shuō),而確立了分子運(yùn)動(dòng)說(shuō)的地位。熱質(zhì)說(shuō)的致命缺陷是熱質(zhì)的不生不滅這些簡(jiǎn)單化和機(jī)械化的思維。而假如覺(jué)得熱質(zhì)是分子(原子)電磁能的一部份,因?yàn)榉肿又g的磨擦運(yùn)動(dòng),固體分子間運(yùn)動(dòng)激化,再造成熱質(zhì)(電磁能)由被分子的束縛態(tài)變?yōu)獒尫艖B(tài),因而造成熱質(zhì)(電磁能)的密度增高,物體體溫下降。兩塊石頭、金屬等硬質(zhì)材料激烈撞擊時(shí),都會(huì)有火花冒出,磨擦也可以生電。因此,磨擦造成物體釋放被囚禁的電磁能是順理成章的。機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能的能量守恒,造成了分子運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)的確立,而質(zhì)能多項(xiàng)式,則曝露了運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)的缺陷。諸如:動(dòng)物通過(guò)光合作用,光子被囚禁于動(dòng)物內(nèi);動(dòng)物通過(guò)平緩氧化作用或則燃燒,又釋放出光子。在分子層級(jí)上,這是物理過(guò)程,但在原子層級(jí)上,它也可以視為化學(xué)過(guò)程,是數(shù)學(xué)學(xué)研究對(duì)象。
物體的氣溫是可以變化的,但在微觀上,它不而且物體分子的平均動(dòng)能,也包括物體的外部電磁能動(dòng)態(tài)平衡的外部環(huán)境,在物體內(nèi)部也和分子(原子)的電子基態(tài)軌道及電子附送的電磁能有關(guān)。在壓力、物體狀態(tài)(固、液、氣)等化學(xué)量相同的條件下,氣溫的下降,物體分子(原子)運(yùn)動(dòng)劇烈程度會(huì)降低。在某一特定氣溫下,氣溫也是物體分子的一種內(nèi)稟特點(diǎn)。
認(rèn)清楚體溫的微觀本質(zhì)是有現(xiàn)實(shí)意義的。在超導(dǎo)研究中,高溫對(duì)于超導(dǎo)體來(lái)說(shuō),不可是一個(gè)外部電磁能環(huán)境,也是超導(dǎo)體內(nèi)部分子的電子的基態(tài)狀態(tài)有關(guān),但是超導(dǎo)體很可能將自身導(dǎo)電過(guò)程中形成的少量電磁波幅射傳遞給了氟利昂。這將造成常溫超導(dǎo)材料的研究不可能成功。不僅在極低氣溫下個(gè)別材料具有超導(dǎo)性,在極高壓力下個(gè)別材料也出現(xiàn)超導(dǎo)性,極高壓力也會(huì)改變物體分子的細(xì)微結(jié)構(gòu)。目前的超導(dǎo)材料,在應(yīng)用中因?yàn)樾詢r(jià)比差,不可能大面積推廣。低溫核聚變,高溫下的量子計(jì)算機(jī)的研究,工作條件過(guò)分嚴(yán)苛,可能將會(huì)面臨無(wú)情的自然法則,成為當(dāng)代的“煉丹術(shù)”研究。
