精讲《从一到无穷大》-47温度是什么
从今天开始,我们要从原子核里面跳出来讨论一个新的话题,温度。温度就是物体的冷热程度。我们知道冰是冷的,火是热的,可是从物理学上讲,温度到底代表了什么含义呢?
伽莫夫在从一到无穷大里,为了解释温度的概念,首先举了一个著名的例子,布朗运动。在1827年的一天,英国植物学家,大英博物馆的馆长罗伯特布朗像往常一样拿出显微镜来观察花粉。这一回他把花粉放在了水里,结果发现浮在水中的花粉总是不知疲倦的动来动去。最初布朗以为这是因为外界的影响,比如说风、震动或者是水的蒸发造成的。但是尽量排除了这些干扰之后,花粉依然在不停的运动。
布朗又认为这种运动是花粉颗粒自身完成的。因为花粉是植物的孢子堆,是有生命的。于是布朗就用各种方法杀S了花粉,比如说用酒精或者把花粉晒干,或者用锅把花粉炒熟。结果这些肯定已经死掉的花粉放在水里之后,依然在不停的运动。
布朗又换用了煤粉、玻璃粉、岩石粉,把液体换成了酒精、煤油等,结果无一例外的发现小颗粒会在液体中运动。布朗完全不能理解这种运动的来源是什么。他甚至认为所谓的活性分子在有机物和无机物中都普遍存在,是某种生命形式在推动颗粒的运动。几十年里人们对这个现象一直百思不得其解,就给它起了个名字叫做布朗运动。
在我们今天看来,布朗运动其实并不难理解。倒上一杯水仔细观察,你会观察到一杯清澈、均匀、平静的液体。但是如果你用显微镜放大几百万倍,就会发现水是由一大堆的水分子构成的。这些分子从来没有静止过,而是在永不停息的运动。就好像一群极度激动的人群,他们彼此碰撞运动显得杂乱无章。
此时如果我们将一个很小的花粉颗粒放到水中,花粉颗粒就会被水分子撞得动来动去。而且如果温度升高了,就会发现布朗运动变得更加剧烈了。这是因为温度越高的时候,水分子的无规则运动就变得越剧烈。所以人们管分子的这种无规则运动叫做热运动,这个现象与生命毫无关系。需要注意的是因为分子和分子的热运动肉眼是看不见的。所以人们通过花粉的布朗运动间接的反映了这个规律。
虽然从道尔顿拉瓦锡开始,科学家们就已经提出了近代原子理论,到了1900年左右……