火原子和分子运动

在近代之初，我们看到皮埃尔·伽桑狄持的观点认为热由特殊种类的原子所组成，而弗兰西斯·培根主张的观点认为热是一种运动。培根系利用他的《新工具》（NovumOrganum）（1620 年）里说明的归纳方法并根据经验证据提出他的观点。从下列一段引文里可以看到，他的有些措词带有现代口气， 但他关于热的观点并不是很明确的。

“当着我说运动如果是个属，热便是它的一个种时，我的意思不是说热产生运动或者运动产生热（虽然在有些场合这两者都是真的），我是说，热本身，它的本质和实质［性质］是运动，而不是别的什么⋯⋯。热是物体的一种扩张运动，但不是整个物体一起均匀地扩张，而是它的各个较小部分扩张，并且它们同时还被阻止、推斥、击退；结果这物体获得了一种选择的运动，它反复不断地颤动、

反抗和被反冲刺激，从而引起火和热的勃发”（Novum Organum, BookII，xxi）。

热的实验研究是由玻义耳开始进行的。值得注意的是鉴于朗福尔德伯爵后来的研究，为了支持热是一个物体各部分的快速(276)骚动这种观点，玻义耳所引用的实验证据是对枪筒镗孔所产生的热。从下面一段引自玻义耳的文字中，可以看清楚这个观点：“为了方便起见，我们一开始先介绍一二个产生热的例子，其

中没有任何东西介入作为动因或者接受者，而只有局部的运动，以及这运动的自然效应。至于这种实验，只要稍为留意思考一下，就会发现某些习见的现象正适合于我们现在的目的。例如，当一个铁匠快速地锤击一救钉子或者类似的铁块时，这被锤击的金属变得滚烫；然而，并没有看到什么东西使它变得这样，只有锤子的剧烈运动使铁的各个微小部分发生强烈的、各种强度的骚动；一个原来冷的物体，由于其微小部分迸发动乱，现在从多种意义上来说变得热了；首先就这个词的比较随便的词义而言，对于原先它跟它们相比是冷物体的某些物体来说，它变热了；其次是感觉到热了，因为这种新产生的骚动超过了我们手指各部分的骚动。在这个例子中不应当忽视，无论所用的锤子还是一块冷铁放在上面锻打的那个铁砧（任何铁都不需要在锤打前先烧热），都不会在锻打好以后仍旧是冷的；这表明，铁块被锻打时所获得的热并不是锤子和铁砧传给它的，而是由运动在它里面产生的，这热足以使铁块那样的小物体的各个部分发生强烈骚动，但还不能使锤子和铁砧那样大得多的金属块也这样：不过，如果敲打频繁而又快速，同时锤子又小，那末它也可能这样发热（虽然不象铁块热得那么快，那么厉害）；由此还可以注意到，一个物体要生热，不一定本身非是热的不可。我在谈论用锤子敲铁， 因此我注意观察到的一个情况，它似乎同我们的理论相矛盾，而根本不相一致；这就是：如果用一把铁锤将一枚略微大的钉子打进一块木板或一根木头，那末它在头上被敲了好几下以后才开始热起来； 但当钉子已敲到头，再也敲不进去时，只要稍微敲几下，它就变得非常热；因为锤子每打一下，钉子

就向木头里面进一点，因此所产生的运动基本上是进行式的，整个钉子都往里进去；而当这种运动停止时，打击所产生的冲击既不能使钉子再往(277)里进，也不能破坏其整体，因而必定耗用于使其各部分发生各种激烈的内在骚动，而我们前面已注意到热的本性正在于此”（of the Mechanical Origin of Heat and cold,1675，SectionII，Experim-ent VI，PP.59—62； Works,ed.Birch,1772，Vol.IV，pp.249—50）。

然而，除了反复申述“热看来基本上是物质的称为运动的机械性质”这个观点而外，玻义耳同时还屡屡谈论“火原子”，把金属焙烧时之变重归因于金属在焙烧过程中吸收这种原子。他实际上并不倾向于认为冷也是实在的东西，由大概类似于热原子的“特殊的致冷因子”组成。当使一定量的称量过的水结冻时，他未观察到结成的冰有重量变化。因此，他得出结论：探寻致冷粒子是徒劳的。

由于没有区分开燃烧和热的其他形态，所以有些人自然而然地把他们认为适合于燃烧的东西推广到热的一切形态。玻义耳用实验考察了热的产生必需空气这个观点，得出了一个相反的结论。他说道：“鉴于有人认为相邻空气的摩擦对于产生明显的热是不可或缺的，除了其他以外，我还考虑了下述实验，用它来检验这种见各个部分发生强烈骚动，但还不能使锤子和铁砧那样大得多的金属块也这样：不过，如果敲打频繁而又快速，同时锤子又小， 那末它也可能这样发热（虽然不象铁块热得那么快，那么厉害）；由此还可以注意到，一个物体要生热，不一定本身非是热的不可。我在谈论用锤子敲铁，因此我注意观察到的一个情况，它似乎同我们的理论相矛盾，而根本不相一致；这就是：如果用一把铁锤将一枚略微大的钉子打进一块木板或一根木头，那末它在头上被敲了好几下以后才开始热起来；但当钉子已敲到头， 再也敲不进去时，只要稍微敲几下，它就变得非常热；因为锤子每打一下， 钉子就向木头里面进一点，因此所产生的运动基本上是进行式的，整个钉子都往里进去；而当这种运动停止时，打击所产生的冲击既不能使钉子再往(277) 里进，也不能破坏其整体，因而必定耗用于使其各部分发生各种激烈的内在骚动，而我们前面已注意到热的本性正在于此”（of the Mechanical Origin of Heat and cold,1675 ， SectionII ， Experim-ent VI ， PP.59 — 62 ； Works,ed.Birch,1772，Vol.IV，pp.249—50）。

然而，除了反复申述“热看来基本上是物质的称为运动的机械性质”这个观点而外，玻义耳同时还屡屡谈论“火原子”，把金属焙烧时之变重归因干金属在焙烧过程中吸收这种原子。他实际上并不倾向干认为冷也是实在的东西，由大概类似于热原子的“特殊的致冷因子”组成。当使一定量的称量过的水结冻时，他未观察到结成的冰有重量变化。因此，他得出结论：探寻致冷粒于是徒劳的。

由于没有区分开燃烧和热的其他形态，所以有些人自然而然地把他们认为适合于燃烧的东西推广到热的一切形态。玻义耳用实验考察了热的产生必需空气这个观点，得出了一个相反的结论。他说道：“鉴于有人认为相邻空气的摩擦对于产生明显的热是不可或缺的，除了其他以外，我还考虑了下述实验，用它来检验这种见解。我们取一些坚硬的黑色沥青，把它放在一个浅盆或者类似的容器里，容器放在水下适当深度的地方，再用一个上好的取火镜使日光束尽管在通过水时发生折射，但仍聚焦在沥青上面；于是间或产生气泡，间或产生烟雾，不一会儿就产生相当多的热，能够使沥青熔化，如果没有沸腾的话”（of the Mechanlcal.Origin of Heatand Cold,1675，Section

II，Experiment IX，pp. 66-7；Works，ed.Birch，1772，Vol，Iv，p.251）。他还表明，一块放在容器里的红热的铁，当里面的空气抽空时，并未发

生明显的变化，容器的壁甚至这时也是热的（New

Expe-riments Physico-Mechanical, 1660，pp.80-2；Works，Vol.I， P.28）；当把两个密切配合的黄铜件（一个凹，一个凸）放在一个没有空气的容器里，用一个固定在容器外面的适当的转动装置使它们相互摩擦时，它们就变得非常热；石灰无论在真空里还是在空气里熟化，产生的热都一样（A Continuation of New Experiments Physico-Mechanical.1669，pp.154-8； Works，ed.1772，vol.III，pp.265—7）。

有些热学问题是在下一阶段由罗怕特，胡克解决的。他做了(278)类似于玻义耳的实验，用显微镜考查了火花，但得出的结论比玻义耳连贯。按照胡克的观点，热是“物体的一种性质，起因于它各部分的运动或骚动”。他只是把热同火和火焰区别了开来，他认为火和火焰是空气作用于加热物体而产生的效应。他很风趣地嘲讽那种认为火原子穿过热物体的微孔运动的观点。“我们不必自找麻烦地去探寻燧石和钢铁里哪种微孔包含火原子，以及这些原子怎么会被阻留，而当冲突迫使它们通过热物体的微孔时没有全部跑出去；我们也不必自我麻烦地去探讨普罗米修斯怎样从天上取来火元素，把它放在什么匣子里，爱庇米修斯又怎样将它放出来；也不必去考虑是什么原因致使火原子汇成一股那么大的洪流，据说它们飞向一个燃烧着的物体，就象鹫或鹰飞向一具腐烂着的尸体，弄得喧闹连天”（Micrographia，Observation VIII，p.46）。所以，热“无非是一个物体各部分的非常活跃而又剧烈的骚动”，而且在胡克看来，“因为一切物体的各部分虽然绝不是那么紧密，但还是在振动”，所以“一切物体都包含一定的热”，“完全冷”的物体是没有的。这样，胡克就拒斥了认为冷是实在的东西这种概念，因而既否定了火原子的存在，也否定了致冷粒子的存在。