普利斯特里和倫福德伯爵的對話

胡紫霞

同學們，相信你們對“熱”都很熟悉的。經驗告訴我們：在夏天會感覺到熱;在太陽光下、篝火邊也能感覺到熱。很多人會說：“熱，不就代表了溫度高嘛！”其實，關于“熱”的知識有很多，科學家們一直在思考研究“熱”到底是什么，并且先后提出了“熱質說”和“熱動說”，其代表人物分別是普利斯特里和倫福德伯爵，當然還有他們各自的支持者。讓我們一起來聽聽他們之間展開的辯論。

普利斯特里：大家好！我是來自18世紀英國的一位化學家。我聽說你們之前討論過“燃素說”和“氧化說”，本人就是“燃素說”的資深信徒。

要知道，在熱力學發展的過程中，對熱的解釋常常和燃燒有關，所以咱們今天關于“熱”的話題，不得不又提起之前說過的“燃素說”。

普利斯特里：后世的人們都認為我的最大貢獻是發現了氧，其實，我覺得不僅僅如此，因為我還提出了“熱質說”。

1774年，普利斯特里在實驗中發現了氧氣（當時稱為“脫燃素空氣”），在后來的論文中，他認為“燃素說”和他的實驗結果不吻合，因此提出“熱質”的說法。而“熱質說”是指在18世紀被科學界用來解釋關于燃燒和熱現象的一種理論，在拉瓦錫用實驗推翻“燃素說”后開始盛行。

普利斯特里：我認為，熱是一種物質，是一種沒有重量的氣體，能夠流動，可以穿過固體或液體的孔隙。物體吸收熱質后溫度會升高。一個物體是“熱”還是“冷”，由它所含熱質的多少決定。冷熱不同的兩個物體接觸時，熱質便從較熱的物體流到較冷的物體，直到兩者的溫度相同為止。宇宙間熱質的總量是不變的。

拉瓦錫：我堅決反對“燃素說”，但是對于“熱質說”還是支持的。它可以成功地解釋許多物理現象，例如熱茶在室溫下冷卻，熱茶的溫度高，表示熱質濃度較高，因此熱質會自動流到濃度較低的區域，也就是周圍較冷的空氣中。一個物體所減少的熱質，恰好等于另一物體所增加的熱質。我的《化學基礎》一書就把熱列在基本物質之中。

“熱質說”支配著18世紀后期的熱學，可以解釋一些熱的現象，但它卻無法解釋一些只要持續做功就可以持續產生熱的現象（如摩擦生熱），是種錯誤和受局限的科學理論。直到18世紀末，一個英國物理學家對“熱質說”提出了挑戰，他就是本杰明·湯姆遜，后人常稱他為倫福德伯爵。

倫福德伯爵：1798年，我在監督大炮鏜孔工作時發現，被加工的黃銅炮身在短時間內溫度上升很多，只要持續加工，炮身就會持續加熱，其產生的熱甚至可以使水沸騰。按照“熱質說”，這些生出來的熱量全部來自大炮內部的熱質，那大炮自身的熱質就會減少，因此發熱量就會下降，但事實并非如此。這就說明這么多的熱量并不像“熱質說”所設想的那樣，以熱質的形式由它自身包含著。“熱質說”是有問題的。摩擦生熱的實驗促使我得出：熱是由機械功產生的，熱是物質的一種運動形式，是粒子振動的宏觀表現。我相信“熱質說”和“燃素說”將一起被埋葬在墳墓中。

倫福德伯爵的研究，引起了戴維和焦耳等其他科學家的興趣，進而進行了相關的研究。戴維在一個絕熱裝置里，讓兩塊冰互相摩擦，結果兩塊冰都融化了，在這里“熱質守恒”的關系不成立了。戴維由此斷言，熱質是不存在的，并認為熱是物體微粒的振動。另外，焦耳在1843年提出一種理論，認為熱只是一種能量的形式。1850年時，克勞修斯發表論文，指出“熱質說”中提到的“熱質守恒”可以用“能量守恒”取代。隨后，“熱動說”這一名詞逐漸被新的“熱力學”這一名詞取代，這一學說在19世紀被用來解釋與熱相關的大量概念、理論、定律、關系以及實驗現象等。