破除热素迷障热的运动学说如何改变思想

3　破除“热素”迷障

破除热素的错误理论，和两个关键性的实验有关。

1789年，著名的物理学家伦福德伯爵（即本杰明·汤普森）在慕尼黑一个制造大炮的兵工厂里，发现工人们用一种很钝的钻头钻炮膛，产生的碎屑很少，产生的热量却很多。伦福德伯爵很纳闷，根据“热素说”的解释，碎屑越少，产生的热量应该越少才对。为了彻底弄明白，他做了一系列的炮筒钻孔实验。伦福德伯爵精心设计了一套仪器，以保证在绝热条件下进行钻孔实验。他把炮筒放在水槽里，用一支钝得几乎不能削出碎屑的钻头钻孔。他用几匹马拉钝钻头钻水槽里的炮膛，两个半小时后竟使水沸腾起来。他发现只要钻孔不停，就会不断地产生出热。

伦福德在书中写道：“摩擦产生的热是无穷尽的，与外部绝热的物体不可能无穷尽地提供热物质。因此，热不可能是一种物质，只能认为热是一种运动。”

◎伦福德伯爵

伦福德对自己的理论一直充满信心，1804年他曾说：“我相信，我将要活到足够长的时间，直到高兴地看到热素（即热质）跟燃素一起埋葬在同一个坟墓之中。”他彻底否定了热素说，确立了热的运动学说。

1799年，戴维又做了著名的冰摩擦实验。他用两块冰在真空中摩擦，并使整个仪器都保持在0℃。几分钟后，冰融化成水。戴维很兴奋，他想知道冰吸收的热是从哪里来的呢？左思右想，戴维觉得唯一的可能就是摩擦的时候产生热量使冰融化了。

◎戴维

伦福德和戴维的实验，打破了“热素说”的缺口，尤其是伦福德下的结论，使人们真正相信热并不是什么热素溢出产生，而是一种运动，这为能量守恒和转化定律的发现扫除了思想障碍。19世纪的科学，就在破除迷信的反叛中兴旺发展起来。(www.xing528.com)

历史发展总是有些戏剧化，迄今公认的第一个发现能量守恒和转化定律的人竟然是一位年轻医生。

1840年，当大清帝国正遭受英帝国坚船利炮轰击时，一艘荷兰船航行在印度洋上，他们要前往炎热的东印度群岛。船上某位船员患了热病，疲惫不堪，一位年轻的德国医生正在按照传统的放血治疗法医治船员的病。血液一股股地从血管里流出来，医生仔细观察从船员身体里放出来的静脉血液，发现这些血液本该是暗红色，可是现在却比欧洲看到的血液颜色显得更鲜亮，这是怎么回事呢？

医生冥思苦想，突然，灵光乍现，想到拉瓦锡创说的氧化燃烧理论，认为这是由于血液含氧较多的缘故。当时大家公认的拉瓦锡理论认为，生物体通过吸进氧气的缓慢氧化，产生维持生命的热量。人体内肺的功能就是通过呼吸吸进新鲜空气，流经肺叶的血液从中吸收氧气后变成鲜红色。

这位年轻的医生名叫迈尔，当时只有26岁，出生于德国符腾堡的医生世家，两年前刚刚获得医学博士学位，这次外出远航就是为了了解更广阔的世界。

迈尔从来没有到过这么炎热的地方，炙热的天气、潮湿的空气以及陌生的饮食习惯，都让迈尔觉得非常新鲜。这次船员生病，却让迈尔对以前的医学知识产生了新想法。迈尔想到，东印度处于热带地区，在高温条件下，人的机体只需要从食物中吸收较少的热量就足够了，所以人体中食物的氧化过程减弱了，静脉血里留下的氧就比较多。

◎南亚人生活在热带地区，血液中含氧量更高。

由此，迈尔联想到人体内的食物所含的能量就像机械能一样，可以转化为热能。

◎蒸汽机的出现，极大地改变了人类改造自然的能力。
（上）1884年第一台帕森斯蒸汽涡轮。
（下）1923年在芝加哥组装完成的5万千瓦帕森斯涡轮交流发电机组。