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第12章

世界近代中期科技史-第12章

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是“燃素说”的信奉者之一,在研究热的本质时,他认为“热”和“燃素” 

一样,是一种由特殊的“热粒子”组成的“热流体”。布莱克所说的这种“热 

粒子”,后来也被人们称为“热素”和“热质”。这样,布莱克就提出了关 

于热的本质的“热质说”。根据这一假说,他把热看成是一种特殊的物质, 

他认为热是一种流体,它可以渗透到物体中去并在热交换的过程中从一个物 

体流向另一个物体,水是“热质与冰的结合”。尽管在热交换前后,热质在 

不同物体中的含量有所改变,但是它们的总量是守恒的。很显然,热质说只 

不过是“燃素说”在热学中的推衍而已。热质说能够解释许多已知的热现象, 

因而成为18世纪占统治地位的一种观点。 

     拉瓦锡推翻了“燃素说”,在1780年又与拉普拉斯合作,完成了正确测 

定物质热容量的课题。在进行这一实验时,拉瓦锡说:关于热的本质,有人 

认为是一种物质,有的认为是物质分子的微小运动。只要是以热量保持恒定 

为前提,那么采用哪一种说法都是不错的。如果采用热是一种物质的观点, 

就可用热物质不生不灭来解释热量的守恒。如果采用热是分子运动的观点, 

就可用能的守恒来解释,因此各有各的道理。但是,不管表面上如何,拉瓦 

锡是倾向于把热当作一种物质来处理的。他在1789年所写的《化学纲要》一 

书中清楚地引入了热物质,把它作为元素之一,取名为热质。他论述道:所 

有物体由相互吸引的分子所组成,通过加热,固态会变为液态、液态会变为 

气态。从这两种现象来看,我们不得不承认存在着一种极易流动的物质实体, 

它具有充填分子间的空间,扩大分子间的距离的作用。这一物体实体——热 

质,根据其状态可分为“自由”热质和“束缚”热质。束缚热质被束缚在物 

质中间 (束缚在分子上),形成该实质的一部分。而自由热质没有任何束缚 

状态,它从一个物体移向另一个物体,成为各种热现象的载体。拉瓦锡把将 

一定质量的物体加热到一定温度所需要的热质也取名为比热。比热取决于物 


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  质分子间的距离和分子间结合的强弱,而且分子之间的空间的大小决定该物 

  质的热容量。 

       这样,由布莱克提出,拉瓦锡明确归纳而成的热质说,在 18世纪末到 

  19世纪前30年左右在物理学上占了统治地位。正是在这种情况下,热学有 

  了相当大的发展。这里需要注意的是:第一,正如人们在拉瓦锡时代已经看 

  到的,热质这一观点和把热看作为运动的观点不能看作为二者绝对相斥、互 

  相对立的,而应看作为同一事物的两个侧面;第二,以热质说为基础的研究, 

  在某些范围内还是取得了很大成果的。这是因为热量守恒在某种范围的一些 

  现象是成立的,另外,也因为熵在无增减的过程中,根据热量观点,在理想 

  情况下可以获得熵。 

       18世纪末,开始有一些人对“热质说”表示怀疑。1798年,从美国移居 

  欧洲的科学家汤普森(即伦福德伯爵,1753—1814年)在德国的一家兵工厂 

  进行了著名的“伦福德热学实验”。汤普森用锐钻头和钝钻头这样两种不同 

  的钻头钻造炮膛,并测量两种钻头所产生的不同的热量。他发现,在相同的 

  时间内,钝钻头比锐钻头钻进的深度要小得多,但钝钻头所产生的热量比锐 

  钻头所产生的热量反而要大得多。而根据“热质说”,钝钻头产生的热量更 

  大,释放出来的热质更多,因而钻进的深度也应更大。但事实却与由“热质 

  说”所推出的结论完全相反。汤普森还发现,一只简直不能再用于钻孔的钝 

  钻头,在用它钻孔时,它所产生的热量竟能在2小时45分钟内使18磅左右 

  的温水热到接近沸点。根据上述热学实验,汤普森认识到,热不过是机械运 

  动的一种形式,它的本质在于机械运动,运动产生热。这样,他就提出了最 

  初的热的唯动说,即与“热质说”对立的“热动说”。 

       汤普森提出热动说以后,即以热动说为理论武器,对热质说进行了最初 

  的批驳。1799年,他在《伦敦哲学学报》上发表了一篇论文中说:“什么是 

  热?它不可能是物质的实体。对我来说,热除了是那种在这个实验(给大炮 

  钻孔)中当热出现时不断传给金属屑的东西即运动以外,似乎难以设想它是 

  别的什么东西。”① 

       汤普森最先发现了热运动与机械运动的本质联系,使热学与力学实现了 

  最初的渗透和结合,这就为热力学的诞生在实验上和理论上迈开了第一步。 

       但是,由于布莱克的热质说在那时仍具有广泛而深远的影响,因此汤普 

  森的热动说发表之后,并未立即产生显著的影响。在热动说发表之初,只有 

  一个人立即接受了汤普森的热动说,这个人就是英国青年电化学家戴维。 

       1799年,戴维进行了一次摩擦冰块的实验。他在一个可靠人力操纵的真 

  空装置中让两块冰相互摩擦。由于冰被密封在真空装置中,不可能有另外的 

  热源给冰块加热。在实验开始之前,戴维断言,两块冰在相互摩擦中将会产 

  生一定的热,而它们在摩擦中产生热的标志即是它们都将在相互摩擦中溶 

  化。实验结果,他的预言成了事实。这一实验,使汤普森的热动说进一步得 

  到了实验上的证实。 

       继戴维之后,曾重建光波学说的英国物理学家托马斯·杨氏从光与热的 

  关系出发,在1807年对热动说进行过研究。瓦特在革新纽可门蒸汽机时,虽 

  然他既利用了布莱克的量热学成就,同时也接受了布莱克的热质说的理论, 

  但他在革新成功蒸汽机以后,也曾在19世纪初接触过一些热力学问题。他曾 



① '美'乔治·伽莫夫:《物理学发展史》,商务印书馆1981年版,第95页。 


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绘制过一张蒸汽压力与汽缸容积的分析图,这说明他对热力学问题已有所认 

识。 

     显而易见,正是在力学、热学、化学的相互渗透中,发生了热动说与热 

质说的论争。虽然热动说直到1826年才为苏格兰植物学家布朗(1773—1856 

年)所发现的分子热运动最后证实,但正是热动说与热质说进行的论争,不 

仅为热学与力学的相互渗透、从而产生热力学这门新兴的边缘学科创造了条 

件,而且为以后能量定律的发现奠定了一块基石。 


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                                四、天文学 



                              1。著名天文学家 



     自从哥白尼的日心说提出后,近代天文学得到了很大发展,但由于教会 

的迫害,神学自然观的盛行,天文学的发展受到了限制,但这一时期也涌现 

出了一大批杰出的天文学家。 



     (1)赫维利斯 (1611—1687年) 

     波兰天文学家,生于格但斯克。自幼喜爱天文学,青年时代从事过多种 

技术和艺术活动,是位著名的艺术雕刻家、机械师和光学专家。1641年,在 

他的领导下,建成了当时欧洲最大的天文台——格但斯克天文台。 

     赫维利斯是月面学的创始人。他于1647年绘制了精确而且详尽的、并有 

一定艺术价值的月面图。他对月面的各种形式,如角、海、山等加以一一命 

名。这些名称仍保持到现在。同时,他还发现月球的光学天平动、水星相和 

四颗彗星,并对恒星自转周期作了第一次精确的测量。 

     1687年,赫维利斯编成了1546颗星的星表,划分出11个新的星座,并 

一一加以命名,如:猎犬座、鹿豹座、蝎虎座、小狮座、六分仪座、麒麟座、 

狐狸座、盾牌座等。这些名称至今仍在沿用。 

     赫维利斯制造了许多天文仪器和设备,其中包括六分仪、象限仪和折射 

望远镜等。1671年,他谢绝了巴黎天文台的聘请,留在波兰工作,直至逝世。 



     (2)皮卡 (1620—1682年) 

     法国天文学家,生于拉弗莱什。青年时随法国物理学家、天文学家伽桑 

狄学习天文学,1655年,继伽桑狄成为法兰西学院的天文学教授。他是法国 

科学院建院时的第一批院士之一,也是建立巴黎天文台的发起人之一。 

     皮卡受法国科学院的委托,于1669—1670年测出了巴黎和亚眠之间的子 

午线的弧长。根据皮卡的测量,该子午线1度的长度为111。21公里,比现在 

测量的数据仅大了0。03公里。 

     皮卡第一个用线网目视筒代替觇板孔来进行角测量。他制成了十字丝测 

微计,并装在巴黎天文台的测量工具上,用它测量了太阳、月球和行星的角 

直径及轻近恒星之间的角距离。经过测量,他认为地球不是很精确的球形, 

通过对子午线天体赤经的观测,他第一个提出了利用摆钟测定天体赤经的方 

法。 

     为了测定太阳视差,皮卡于1672年同卡西尼一起在火星冲时,对火星进 

行了详细的观测,所得结果进一步阐明了以前的一些看法。他得出的有关地 

球的一些重要数据,为后来牛顿提出万有引力定律创造了条件。 

     皮卡于1678年出版了天文年鉴,这是世界天文史上的第一部年鉴,皮卡 

的著作主要有《地球的测量》等。 



     (3)卡西尼 (1625—1712年) 

     意大利天文学家,生于佩里拉尔多。曾在热那亚的一些教会学校学习。 

1644—1650年,在波伦亚附近的潘茨格天文台工作。1650—1669年,任波伦 

亚大学天文学教授。1669年,迁居法国。同年成为巴黎科学院院士,他领导 


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了巴黎天文台的筹建工作,并一直主诗该天文台的研究工作。 

     卡西尼是一位才华出众的观测家。他用子午仪完成了大量的太阳位置观 

测。在此基础上编成了新的太阳表,于1662年发表。他根据正弦定律提出了 

第一个准确的大气折射理论。1664年开始用大型优质光学望远镜观测行星表 

面,测定了木星的自转周期 (9时56分),描述了行星表面多个地带系统, 

测量了行星轨道的偏心率。1666年,对火星表面作了详细观测,由此确定出 

火星准确的自转周期为24时40分。他于1668年编纂并于1693年校订的木 

星运行表,曾为天文学家和航海家所广泛采用。 

     卡西尼于1671—1684年先后发现了四颗土星卫星,即:土卫八、土卫五、 

土卫三和土卫四。他还发现土星光环的缝隙(卡西尼环缝),即土星环是由 

暗带分开的两个部分所组成,并估计整个土星光环由大量微粒所构成。1671 

—1679年,还对月球表面作了详细的观测,并编成了月离图。

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