在很久以前,人们只知道冷和热这两种温度,还没有什么东西能够精确量化它们。但随着时间的推移,人们逐渐开始用更科学的方式来探究温度,让这个概念不再那么模糊。为什么古代中国没有经历工业革命、没有发展出科学呢?
其中一个重要原因就是缺乏精确的量化概念。尤其在制作玻璃方面,对温度的准确控制至关重要,而温度就像打开了新世界的大门。
人类后来发明的望远镜、显微镜,还有实验用的玻璃器皿,都得益于对温度的精确掌握。
欧洲的温度计发明历史可以追溯到古代的寒暑表或燥湿表,这些都是我们日常生活、科学研究和工业生产中常用的科学工具。虽然古代就有冷和热的概念,但一直没有确切的方式来描述它们。
17世纪上半叶,人们开始定量规定寒冷和燥热,并且运用仪器进行检测。比如意大利的伽利略及其学生卡斯特里等人。年,伽利略使用了一种长玻璃管,一端和玻璃泡相连,另一端开口,将开口放入盛有水的容器内,然后用手捂热上端的玻璃泡,冷却后,水就从玻璃管上升。
这是利用热胀冷缩的原理制作最早期的温度测量装置。他在玻璃管上刻度,但这种温度计不仅与玻璃泡内气温有关,还受大气压变化影响,所以虽然能测出一定程度的温度,但不够精确。
温度计一词最早由法国数学家勒雷熊提出,在他的《数学游戏》中首次出现,并被各国所采用。
到了年,意大利人改进了伽利略的温度测量装置,将玻璃泡置于下部,并封死管的上端,管内放入着色的酒精,并在管上刻出刻度。同时也规定了酒精在寒冬和暑热天的最低和最高位置作为起始刻度。这种以酒精热胀冷缩为基础的温度计被称为佛罗伦萨温度计。同一时期,英国的德雷贝尔和弗拉德也制作了类似的温度计,除了用酒精,还用水银等物质。
而德国的盖里克则在U型管内放入了空气的铜球,球内空气的热胀冷缩使得管内酒精升降幅度更大。当时的温度计有直的和U型的两种。
这些温度计的发明者们不仅发明了温度计,还创造了湿度计,通过空气冷凝来测量空气中的水汽含量。
比如佛罗伦萨的学者们利用了一个锥形漏斗,在旁边放上冰,根据冷凝水的水量来量化湿度。英国的莫利纽克斯则是用金属小球吊在线绳上,根据湿度不同导致线绳弯曲,进而使指针移动。英国的虎克则用麦芒受弯曲变形制成了温度计,与莫利纽克斯的不同之处在于麦芒温度计固定在水平刻度盘上,随着湿度变化,麦芒左右移动。
这些湿度计都被用来预测天气,功能与欧洲的相当。
在17世纪,欧洲科学家发明的这些温度计传入中国,也开始在科学上运用温度计和湿度计。最早向中国介绍温度计的是比利时人南怀仁,在清朝时来到北京并在钦天监工作,后来升至工部右侍郎。
南怀仁在康熙年间奉命建造天文仪器,并写了一本详细介绍这些仪器构造和使用方法的书。这些书籍后来编入《古今图书集成》,这是康熙年间最大的百科全书。南怀仁制造的温度计是介于伽利略和阿蒙顿之间的过渡型,利用铜球的热胀冷缩让玻璃管内的水柱上升。他在书中详细描述了如何用这种温度计区别不同地区的气候。
当时的温度计不仅测量气温和人体温度,还可测量地面温度等。康熙年间这些科技的传入,使中国与西方的科技水平差距并不大,甚至在温度计技术上与欧洲不相上下。但康熙乾隆时期,中国错过了一次科技革命,导致后来的落后。