物态变化及其对农业生产的影响

水的三态变化与农业生产有很大的关系，这就是自然界中雨、雪、霜、露的气象现象。早在商代，人们已记载了有关阴晴雨雾的变化情况。到了周代，《诗经》中有“白露为霜”的诗句，说明他们已经注意到霜与露的区别。对于雨、雪和雾的形成，古人认识到，雨为“积水上腾”（《庄子》），“地气发，天不应，曰雾。”（《尔雅》）宋代的蔡卞说道：“水气之在天成雾，雾，云之类也。”（《毛诗名物解》）“盛阴之气，凝滞为雪”（《春秋说题词》）。

汉代王充认为：“云雾，雨之微也，夏则为露，冬则为霜，温则为雾，寒则为雪，雨露冻凝者，皆由地发，不从天降也。”（《论衡·说日》）说明雨雪霜皆与气温有关系。此外，他还进一步指出：“夫云出于丘山，降散则为雨矣。人见其上而坠，则谓之天雨水也。夏口则雨水，冬日天寒则雨凝而为雪，皆由云气发于丘山，不从天上降集于地，明矣。”（《论衡·感虚》）并且还指出：“寒不累时则霜不降，温不兼日则冰不释。”（同上）由此可见，王充不但对雨露霜雪有正确的认识，而且对温度变化与热能的积累也有所认识。

对于雨露霜雪的成因，人们也提出许多见解。例如西汉的董仲舒认为：“二气之初蒸也，若有若无，若实若虚，若方若圆。攒聚相合，其体稍重，故雨乘虚而坠。风多则合速，故雨大而疏；风少则合迟，故雨细而密。其寒月则雨凝而上，体尚轻微而因风相袭，故成雨焉。寒有高下，上暖下寒，则上合为大雨，下凝为冰，霰，霜是也。”董仲舒利用“气”的理论解释冰霰霜的形成，他把水比作阴气，阳光比作阳气，阳光照射水，使水蒸发为水蒸气，水汽在不同的条件下可以形成冰霰雪。

对于物态变化的观察，古代炼丹术上有着很好的研究。在炼丹过程中，这些方士有着严格的规程。在一定程度上讲，他们的严格操作保证了观察的精确性，提供了很好的研究结果，为化学和热学的发展积累了许多有用的知识。

《周易参同契》是世界上第一本关于炼丹术的专著，它成书在公元2～3世纪。书中记载了水银受热蒸发的实验，即“河上姹女，灵而最神，得火则飞，不见尘埃”。由于水银的性质很奇特，是团转流动的液体，受热后又极易挥发。因此，魏伯阳称它为“河上姹女”，要使它不易挥发（“将欲制之”），就要将它与硫磺（“黄芽”）化合生成黑色的硫化汞，再对它加热，使之升华，则变成红色的丹砂（硫化汞）原状。书中还对炼丹设施作了总结，这些炉与鼎的制作涉及到能否保证炼丹时保持温度，通风、受热均匀的问题。

《抱朴子》对炼丹方法有着较为详细的记录，这涉及到煅（长时间高温加热）、炼（干燥物质的加热）、炙（局部烘烤）、焙（焙化）、抽（蒸馏）、飞（升华）、伏（加热使药物变性）等。由于升华现象较为特殊，炼丹术士在设计实验器具时都要考虑到升华时的态变特点。

对于物态变化，除了上述的蒸发、凝结、冻结、升华等现象外，古人在生活中还注意到沸腾和蒸气凝结成水的现象。宋代蔡襄对泡茶时煮水的过程作了详细的描述。在水未沸腾时，因为无气泡产生，称作“盲眼”；水刚开时，水中气泡像“触眼”那么大；水温再高些，气泡像“鱼眼”那么大；最后达到水泡滚动跳跃起来（《茶录》上篇）。苏轼也曾写诗叙述煮水泡茶的情况。他写道：“蟹眼已过鱼眼生，飕飕欲作松风声”（《王桢农书，百谷谱集之十·茶》）。明代屠龙对沸腾时温度还分了等级，他认为：“始如鱼目微微有声，为一沸；缘边泉涌连珠，为二沸；奔涛溅沫，为三沸。”（《考盘余事》卷3）估计这三沸的温度范围是：一沸约75～80℃，二沸为85～90℃，三沸为100℃。

陆游曾注意到墨盒内墨水蒸发的现象，他写道：“复之以匣，数日墨色不干。经夜，即其气上下蒸濡，着于匣中，有如雨露。”（《老学庵笔记》卷8）“墨色蒸，上腾其墨，乃著盖上，久之，盖上之墨复滴砚中”（同上）。陆游对墨水蒸发现象作了详尽的描述，同时也注意到，在封闭于砚匣内的情况下，蒸发的水汽形成过饱和蒸气，它们也极易凝聚成水珠。明代庄元臣对蒸发现象也作过描述。他说道：“置水于室，弗动弗易。久而水减寸焉。”（《叔苴子·内篇》卷1）这是在常温常压下水的蒸发现象。(www.xing528.com)

湖北的武当山是一处著名的道教圣地，它的主峰是天柱峰，海拔1612m，有“一柱擎天”的美誉。在峰顶建有一座金光闪耀的大殿，因此，世人将天柱峰巅称为“金顶”。金顶上的大殿建于明代永乐年间，距今已有近600年的历史了。大殿高5.54m，宽4.4m，进深3.15m，整个大殿为铜铸，表面有鎏金装饰。

金顶奇观之中最有名的是“祖师出汗”、“海马吐雾”和“雷火炼殿”三大奇景。

所谓“祖师”就是大殿内的“玄天金像”，即真武铜像，当天降大雨之前，真武神像就会像人一样，在闷热的天气中热得汗流浃背。所谓“海马”就是大殿屋顶上的海马铸像，当海马口中呼呼地吐着白雾，就预示着天帝将要派遣雷公电母和风伯雨师来金顶洗练这座大殿。这时，在金顶上的道士就要撤到南天门。时间不长，倾盆大雨，雷电交加，巨大的火球在大殿周围滚动着，令人惊心动魄。雨过天晴，远望大殿，金光闪闪、灿烂辉煌，就像刚刚被洗过一样。这就是所谓“雷火炼殿”的壮观景象。

我们知道，在下雨之前，大殿内的空气中水蒸气含量较高。当大气压发生突变时，过多的水蒸气就会遇冷而凝结为小水珠。它们布满在物体的表面，而铜像表面的小水珠过多地聚集，就像是“祖师”出了很多的汗一样。本来在海拔1612m的山顶上，风是比较大的，水珠很快就会挥发的。但是，由于大殿的各个铸件被铆合得十分严密，大殿内通风很差，因此，就形成了“祖师出汗”的奇观。人们还发现。尽管大殿外面大风呼啸，而大殿内的灯火苗却丝毫不摇；冬天下大雪，雪花飘到门口又被顶出来。

大殿顶上的“海马”铸像象征“天马行空”之意。海马的内部是空的并与大殿内部连通，雷雨之前，天气闷热，冷暖气流回旋剧烈。当日光照射在大殿表面，殿内的水汽受热膨胀，便从海马口中吐出，在室外遇到较冷的空气，就会形成水雾，看上去就像吐雾一样。有时，室外的气流与海马喷出的气雾互相摩擦，还会产生咴咴的啸声。

由此可见，这“祖师出汗”和“海马吐雾”是一种普通的热现象。