給我一支溫度計，我能給你講整個世界的科學秘密

2022-11-24 18:53

來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客

美國賓夕法尼亞大學物理和天文學教授吉諾·塞格雷（Gino Segrè），是世界聞名的高能基本粒子理論物理學家，曾受到美國國家科學基金、艾爾弗雷德·斯隆基金、約翰·古根海姆基金和美國能源部的嘉獎。

《迷人的溫度》是吉諾·塞格雷的代表作。在這本書里，吉諾教授用一支溫度計為道具，向我們展示了從生命活動、熱學理論、地球演化、人類歷史發展和太陽發光以及宇宙演化的秘密。

這本書探討了過去的一百年，科學家曾著力研究的一系列重大問題（它們中的許多至今仍沒有解答），而將它們串在一起的，正是溫度。

溫度，不只是數字。它幾乎決定了這個世界上一切事物的命運。

《迷人的溫度》榮獲了中國科普作家協會優秀科普作品獎銀獎。最近，譯文科學系列重裝推出了這本書，在此為大家分享天體物理學博士孫正凡的精彩書評——

via：sciencing.com

給我一支溫度計，

我能給你講整個世界的科學秘密

評《迷人的溫度》

文 | 孫正凡

摘自《科普創作與編輯：第五屆中國科普作家協會優秀科普作品獎獲獎圖書佳作評介》

清華大學出版社 2021年12月

《迷人的溫度：溫度計里的人類、地球和宇宙史》不同于一般專注于介紹某個具體主題內容的科普讀物，涉獵之廣簡直是無所不包。

在本書里，作者會帶我們去認識人腦調控溫度的區域—— 下丘腦、見識隨著人類掌控了火如何加熱實物、燒、燒制陶瓷、制造青銅和鋼鐵，還能見到瓦特、道爾頓、查理、蓋- 呂薩克、卡諾、倫福德伯爵、焦耳、開爾文勛爵、亥姆霍茲、麥克斯韋、玻爾茲曼如何探索熱的本質和熱學發展，然后作者又帶我們認識阿代馬爾、布封伯爵、巴克蘭、萊爾、阿加西、克羅爾等如何發現和研究地球歷史上的冰期，進而帶我們認識全球變暖和溫室效應、海底世界，然后又帶我們躍上太空，認識太陽、恒星發光之謎和核物理的發展，最后達到對宇宙膨脹和起源的認識——這又回到了作者的本行。

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《迷人的溫度：溫度計里的人類、地球和宇宙史》絕對是一部“燒腦”之作。但這本書絕不是簡單地羅列知識，作者也絕不是在單純地炫耀知識儲備，而是以“溫度”這個獨特視角，去審視我們對生命、地球和宇宙的認識過程，一邊講述科學故事和發現，一邊議論科學技術對人類歷史發展所起到的作用。

作者是一流的科學家，家學淵源、文化背景深厚，對歷史上的掌故旁征博引娓娓道來，讓這本知識含量極大的小書顯得頗具故事性，又不失風趣幽默，還令人深思。

家學淵源：

以溫度標記人類文明的進步

《迷人的溫度：溫度計里的人類、地球和宇宙史》的作者吉諾·塞格雷在序言里風趣地說，他“在從事家族事業”。所謂家族事業，他指的是物理學。塞格雷的本家、表親、姻親里有許多人是物理學家。他的叔叔埃米利奧·吉諾·塞格雷因為發現反質子而獲得了1959 年的諾貝爾物理學獎，寫過他導師費米的傳記，還寫過兩部物理學史，試圖追溯“Chi furono li maggiori tuoi ?” （但丁詩句，你的祖先是誰？）

吉諾·塞格雷的叔叔埃米利奧·吉諾·塞格雷，1959年的諾貝爾物理學獎得主

而對于中國人來說顯得更親切的是，埃米利奧還是華裔女科學家吳健雄的導師。本書作者吉諾·塞格雷的研究領域是高能粒子理論物理和天文學，即同時涉及宇宙中最小和最大尺度的研究——比他的研究領域更廣泛，則是他這本科普書標題所展示的，他用一支溫度計為道具，向我們展示了從生命活動、熱學理論、地球演化、人類歷史發展和太陽發光以及宇宙演化的秘密。

從溫度數值上來說，本書談論的內容涉及從差幾十億分之一攝氏度到絕對零度，到幾十億攝氏度的高溫。

作者的父親雖然不在家族的物理學家名人堂之列，卻是一位古代史教授，尤其專攻計量學，從古跡中發現古人的生活細節和經濟圖景。父親從計量學發現了理科的重要性，讓兩個孩子都學習了物理學。

家學淵源成就了本書的創作。作者以物理學家的眼光，發現了長度、時間、溫度這三種無處不在的度量的重要意義，尤其是溫度是個非常有意思的度量，就像天文學家用溫度標記宇宙在膨脹冷卻過程中的事件一樣，作者試圖以溫度來標記人類文明的發展，科學技術的進步，進而拓展至極低和極高的溫度認識，也就是現代科學的最前沿。

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溫度的科學認知：

熱技術走在熱科學之前

作者指出，古人在掌握了用火技術之后，煮飯制陶鍛造工具活動成為日常生活的一部分，可是對于溫度的科學認識來得非常之晚，在古文明里都找不到溫度單位。無論是醫生對患者體溫的關注，還是工匠對爐火的觀察，都只是經驗描述，談不到測量。

直到16世紀兩位姓與名一致的意大利科學家，也是一對好朋友，開始了對溫度的計量，他們是伽利略·伽利雷和桑托里奧·桑托里奧。伽利略用玻璃管里裝上液體或空氣來測量冷熱變化，桑托里奧則試圖用一種測溫器來系統測量人體溫度。

伽利略·伽利雷

可惜意大利的科學在教會打擊下迅速趨于衰敗，我們現在用的華氏、攝氏溫度單位來自荷蘭人華倫海特和瑞典人攝爾修斯。

有了溫度單位、溫度計，熱學這個學科得以誕生。我們在中學物理課堂上學過的氣體體積、壓力和溫度關系就是第一步，并且由此產生了“絕對零度” 即零下273攝氏度這個數值。在當時相當粗糙的技術條件下，幾位科學家竟然得到了如此精密的結果，真是令人贊嘆不已。

在講述熱學發展歷史的故事中，作者向我們揭示一個有趣的現象，熱相關技術先于熱學。1712 年紐科門發明了蒸汽機，1769 年瓦特改進得到了第一臺高效蒸汽機（注意瓦特不是發明人，而是做了密封設計和標準化），工業革命的發展興起了英國曼徹斯特城，蒸汽機改變了歐洲商業模式。可是，要到下個世紀，才有卡諾、焦耳、開爾文等開始研究熱活動的本質，推翻錯誤的熱質說，建立熱力學定律。

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在過去我們可能更多強調科學至高無上的地位，可實際上在工業革命的發展歷史上，技術是走在前面的，即使不懂熱運動論、熱功當量、能量守恒，蒸汽機工程師們依然可以算出生產同樣多的商品，如何分配煤炭和工人可以獲得最高利潤。需求是發明創造之母。只是到了19 世紀，包括熱學在內的牛頓科學逐漸顯示了更高的洞察力，在提高效率、創造發明和認識世界方面起到了引領和推動作用，從而英、法、德等國家工商業主和政府開始更多資助看似沒有什么直接用處的科學研究。

引人深思：

“無用的科學”和“有用的技術”

這里體現一個有趣的“悖論”，即“有用”和“無用”的關系。在希臘/ 歐洲學術歷史上，哲學研究一向是鄙視現實利益的，生活本來就富足的哲學家們鼓搗出來了“邏輯”“自然哲學”“宇宙體系”這些空中樓閣的想象，好似沒有什么實際用處。可是在歐洲重商主義的需求下，為了發展航海、制造等各類工業，自然哲學對世界的認識又起到了非常重要的作用。

歐洲科學最初的發展也延續了哲學傳統，伽利略、牛頓、焦耳、麥克斯韋等很多科學家的研究，也僅僅是出于興趣。伽利略因為支持日心說招來牢獄之災，牛頓雖然洞察了太陽系的奧秘卻因為他在貨幣改革上的貢獻才生活富足還得封爵士，焦耳的能量守恒研究、麥克斯韋的熱學和電磁學研究，初看起來都沒有什么用處。

等到商業和技術不斷演化，遇到更多難以解決的問題時，往往要求助于各類科學家們，因為他們對物質本性、世界運行規律有了深入的把握。“無用的科學”和“有用的技術”之間微妙的關系，在本書中比比皆是，有的讓我們會心一笑，有的卻讓我們深思不已。

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與技術上的發明創造不同，科學之所以“無用”，在于它完全憑個人興趣所致，跟現實需求沒有多大關系。從古希臘開始，哲學家、科學家們對于地球和宇宙性質非常的關注，科學革命也往往由此而起。托勒密的地心說、哥白尼的“日心說”、牛頓的引力理論、愛因斯坦的相對論，一次又一次對宇宙秩序推倒重建。這些發生在“頭腦里的戰爭”，是人類科學文明進步的里程碑，由他們心中對宇宙的疑問引導，與現實需求關系不大。然而隨著時間流逝，抽象的科學和哲學成就終將在人類社會發展中顯示無上的偉力，進而使科學成為顯學，使科學家成為一種職業。

反過來，技術發展對科學也有促進作用。凡爾納的科幻小說《海底兩萬里》在19、20 世紀之交激起了人們對海底世界的興趣和向往。美國人巴頓首先建造了沉重的鋼制“探海球”，用鋼板抵抗海水深處的高壓和低溫，他們還通過電話線向全國聽眾直播探險活動，成功吸引了關注，誘惑更多人前來探索。深海探索活動到20世紀60年代，有了科學目的，即驗證魏格納提出的“海底漂移”學說，從而發現了海底裂谷、大洋中脊。