看着不起眼的温度计,为什么对人类文明产生这么大影响,很难想象

在温度计没有发明之前,人们对于温度的概念只有冷和热,并没有可量化的工具。直到近现代,人们逐渐用量化的方式,来研究温度,不再是一个模糊概念。为什么古代中国没有爆发工业革命,没有诞生科学,其中一个重要因素就是缺乏精确量化的概念。特别是在玻璃的制作上,温度的控制非常关键,温度是打开新世界的一扇大门。人类后来的望远镜、显微镜,以及实验用的玻璃器皿,都得益于温度的控制。

看着不起眼的温度计,为什么对人类文明产生这么大影响,很难想象

欧洲温度计发明历史

温度计在古代称之为寒暑表,或者燥湿表,是我们日常生活、科学研究、工业生产常用的科学仪器,冷热的概念古代早就已经形成了,但是一直没有一个定性的描述。17世纪的上半叶,开始有对寒冷以及燥热进行定量规定,并用仪器进行检测,比如意大利科学家伽利略,以及他的学生卡斯特里等。

1603年,伽利略在演讲中使用了一个细长的玻璃管,一端用玻璃泡相连,另一端开口,并将开口一端插入盛有水的容器内,用手将上端的玻璃泡捂热,冷却后,水就从玻璃管上升。伽利略利用热胀冷缩的原理,制作了最早期的测量温度的装置。而且伽利略在玻璃管上刻上了刻度,但是伽利略这个温度计不仅与玻璃泡内气温有关,还与大气压的变化有关,虽然能够读出一定的度数,但是这种仪器不够精确。

看着不起眼的温度计,为什么对人类文明产生这么大影响,很难想象

伽利略温度计

温度计这一单词的出现,源于法国数学家勒雷熊,在他的《数学游戏》中首次提出,之后被各国所采用。1650年,意大利人把伽利略的温度测量装置进行了改进,人们将玻璃泡置于下部,而且将玻璃管的上端封死,管内事先放入一些着色的酒精,并在玻璃管上刻出刻度。而且此时还严格规定了寒冬以及暑热天酒精最低和最高的位置作为刻度线的起始点。人们将这种依靠酒精热胀冷缩而制成的温度计,称之为佛罗伦萨温度计。

在同一时期,英国人德雷贝尔以及弗拉德也制作出了类似佛罗伦萨温度计,他们除了拿酒精作为载体以外,还用了水银等物质,此时德国科学家盖里克,还用装有空气的铜球,放入装有酒精的U型管内。球内空气热胀冷缩之后,管内酒精升降幅度也会更大。当时的温度计有两种,一种是直的,另一种是U型的。

看着不起眼的温度计,为什么对人类文明产生这么大影响,很难想象

阿蒙顿温度计

此时不但发明了温度计,而且还发明了湿度计,通过空气冷凝的方法,来测量空气中的水汽的含量。比如当时佛罗伦萨西蒙特学院的学者们,利用他们制成了一个锥形漏斗,当旁边装入冰之后,根据冷凝水的水量来量化湿度。

此时英国科学家莫利纽克斯,则是将金属小球吊在线绳上,小球连接水平指针,湿度不同这些线绳的弯曲度不同,引起指针在刻度盘上移动。而英国物理学家虎克则利用了燕麦芒受弯曲变形制成了温度计,和莫利纽克斯的温度计不同,麦芒温度计固定在水平刻度盘上,因为湿度的变化,引起麦芒的左右移动。

看着不起眼的温度计,为什么对人类文明产生这么大影响,很难想象

虎克湿度计

温度计传入中国

在17世纪,欧洲科学家发明的这些温度计便传入中国,中国也开始使用科学的方法量化温度和湿度,最早向中国介绍温度计的是比利时人南怀仁,在清朝顺治十六年来到北京,并供职于钦天监,后来升至工部右侍郎。

看着不起眼的温度计,为什么对人类文明产生这么大影响,很难想象

南怀仁

康熙八年,他奉旨建造天文仪器,时隔4年造成,随后写作一本《新制灵台仪象志》,共计16卷,详细介绍了这些新式仪器的构造以及用法,并且还绘图说明。同时在《新制灵台仪象志》中还详细记载了,温度计与湿度计的制造、以及使用方法等。后来这些这些书都编撰进入《古今图书集成》中,《古今图书集成》是康熙年间最大的百科全书,全书有1.4亿字。

看着不起眼的温度计,为什么对人类文明产生这么大影响,很难想象

南怀仁所制造的温度计是伽利略到阿蒙顿之间的过渡型,利用铜球的热胀冷缩使玻璃管内水柱升降。南怀仁在书中描述“

被鼻东西南北等风之气何如.则以此营对之风,热剐水必升,冷则水必降,捷如影响,毫不爽焉。 今欲辨各地之气何如.则置此器于地内,少顷视水之升降,可以别其气之冷热矣。”这时候的温度计用处还是非常广泛的,除了测气温以及人身体的温度,还可以测量地面的温度等。

南怀仁在书中详细记载了湿度计的使用方法,“天气燥,则龙表左转 ,气湿则龙表右转 。气之燥湿加减若干 ,则表左右转亦加减若干 。其加减之度数 ,则于地平盘上界分,左右各画十度 。欲测东西南北各方之风气,或上下左右各房屋之气燥湿何如, 此器验之,无不可也此”此时已经利用湿度计来预测天气,而且制作水平和欧洲不相上下。

看着不起眼的温度计,为什么对人类文明产生这么大影响,很难想象

在康熙南巡的时候,意大利人毕嘉以及法国人洪若翰向康熙进献了12种西洋器物,据记载“这二架验气管 。万岁要收下。奈逾次难带 。先生往后遇便送至京师 。”康熙帝只要了温度计和湿度计,其余的都退回去了。和南怀仁所制作的温度计不同,法国温度计用圆筒替代圆球,用猫肠替代鹿筋。

当北京钦天监造出温度计和湿度计之后,消息很快传到各地,各地竞相模仿。江苏黄履庄也成功仿制出了温度计和湿度计,并且在康熙来扬州的时候,黄履庄还与康熙讨论数学、几何等方面的问题,他在28岁的时候 写了一本《奇器目略》的书,书中记载了27种所造机器,其中就包括温度计和湿度计。很可惜黄履庄当时的著作并没有流传下来,他制作的温度计以及湿度计和南怀仁《新制灵台仪象志》记述相似,细节上有些改进。

看着不起眼的温度计,为什么对人类文明产生这么大影响,很难想象

温度计对于我们的意义

温度计的发明对近现代科学产生重要作用,在公元1600年之后,也正是近代科学爆发的关键时刻,人类文明在这段时间里发明了很多对未来产生深远影响的科技发明,比如望远镜,它提高了人们天文观测的精度,促进了牛顿力学的诞生。显微镜帮助人们发现了微小结构,促成了近现代生物科学的诞生。

自从有了温度计,温度可量化,人们对“热”有了进步不的认识,比如蒸汽机的发明,直接导致工业革命的开始。同时还诞生了热力学这门学科,它和经典力学、经典电磁学一起,构成成经典物理的三大支柱。

看着不起眼的温度计,为什么对人类文明产生这么大影响,很难想象

其实在康熙年间温度计便传入中国时,我们与西方科技差距并没有那么大,甚至我们的温度计技术与欧洲旗鼓相当。温度计的发明是近现代科学的一个产物,它代表欧洲人开始走向精确量化的路线,没有这些可量化的数据,很难谈科学研究。

乾隆五十八年马戛尔尼恰来访华,觐见乾隆皇帝,结果因为双膝下跪还是单膝下跪的事情,和清朝争执了很久。最后,马戛尔尼提出的要求被乾隆全部拒绝,乾隆还表示中国地大物博,无所不有,不需要与英国发展贸易。

看着不起眼的温度计,为什么对人类文明产生这么大影响,很难想象

马戛尔尼访华

早期的科学思想想存活下来很难,跟它脱离实际有很大关系。见不到眼前利益,白白浪费时间精力,在生命史上都会马上被淘汰出局,所以科学之前存留,大都是依赖朝廷的赞助。科学的出现,是所有因素交织在一起的,而我们在康熙乾隆年间错过了这一次的科技革命,导致后来的落后。


分享到:


相關文章: