錯(cuò)誤的“熱質(zhì)說”稱雄百年不倒的啟示

熱是什么?古來就有許多不同的看法，后來逐漸形成兩種截然相反的見解;一種認(rèn)為熱是自然界的一種獨(dú)立的特殊的物質(zhì);一種認(rèn)為熱是物質(zhì)粒子運(yùn)動的一種表現(xiàn)。

到了十八世紀(jì)，認(rèn)為熱是某種特殊物質(zhì)的觀點(diǎn)占了上風(fēng)。這個(gè)觀點(diǎn)把人們引向了錯(cuò)誤的“熱質(zhì)說”。英國的布萊克是“熱質(zhì)說”的積極倡導(dǎo)者，他的許多定量的精確的實(shí)驗(yàn)研究成了熱學(xué)的基礎(chǔ)，同時(shí)也從反面支持和補(bǔ)充了“熱質(zhì)說”。“熱質(zhì)說”認(rèn)為，熱是一種沒有重量的流質(zhì)，滲透在一切物體之中，物體所含熱質(zhì)的多少就決定了物體的冷熱程度。熱質(zhì)不生不滅，也遵從物質(zhì)守恒定律。

“熱質(zhì)說”比較順利地解釋了當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的許多熱現(xiàn)象。比如，熱傳導(dǎo)是熱質(zhì)的流動，對流是載有熱質(zhì)的物質(zhì)的流動，輻射是熱質(zhì)的傳播，物體溫度的變化是熱質(zhì)流入或流物體造成的。同時(shí)，以“熱質(zhì)說”為理論基礎(chǔ)，熱學(xué)研究也取得一些成果：比如，布萊特提出了“比熱”“熱容量”，“潛熱”，等概念，認(rèn)為“熱量”就是熱質(zhì)的量，并由此成功地解釋了混和量熱法的規(guī)律;付里葉建立了熱傳導(dǎo)理論;卡諾提出了卡諾定律等。

“熱質(zhì)說”的成功，使它在十八世紀(jì)取得熱學(xué)的統(tǒng)治地位。而熱的運(yùn)動說因缺乏精確的實(shí)驗(yàn)根據(jù)，難與匹敵，使熱質(zhì)說稱雄近百年。

但是，“熱的運(yùn)動說”并沒有停止向“熱質(zhì)說”的挑戰(zhàn)。1798年，美國物理學(xué)家湯普遜，即倫福德伯爵，正監(jiān)督軍工生產(chǎn)時(shí)，注意到用鉆頭鉆炮筒過程中，炮筒和鐵屑有很高的溫度，他懷疑孤立的物體能否無限持續(xù)地提供大量的熱質(zhì)。他作了很多不同的鉆孔實(shí)驗(yàn)，最后他得出結(jié)論，熱是鉆頭和炮筒因機(jī)械摩擦而產(chǎn)生的，即熱是由運(yùn)動產(chǎn)生的，熱是運(yùn)動的一種形式，而不是一種物質(zhì)。因此“熱質(zhì)說”是錯(cuò)誤的。在倫福德的影響下，1799年，戴維也進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn);在真空容器中，他用一只鐘表機(jī)件使兩塊冰相互摩擦，并用冰塊把整個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器同周圍環(huán)境隔離開。結(jié)果，摩擦使一部分冰融化水。很明顯“熱質(zhì)守恒律”不成立了。戴維由此斷定“熱質(zhì)是不存在的，熱是一種特殊運(yùn)動”。盡管這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了“熱質(zhì)說”是錯(cuò)誤的，但是，由于這兩個(gè)試驗(yàn)都缺乏精細(xì)的定量標(biāo)準(zhǔn)，還難以說服大多數(shù)支持“熱質(zhì)說”的科學(xué)家們。“熱質(zhì)說”依然頑固不倒。直到十九世紀(jì)中期，德國的邁爾，英國的焦耳和格羅夫等人，在進(jìn)行了一系列精確的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定了熱功當(dāng)量，確立了能量守恒與轉(zhuǎn)化定律;麥克斯韋，玻爾茲曼運(yùn)用數(shù)學(xué)理論，初步揭示了熱的本質(zhì)。到此，才真正摧毀了“熱質(zhì)說”這個(gè)謬誤，建立了真正的反映熱的本質(zhì)的熱運(yùn)動理論。

一個(gè)錯(cuò)誤學(xué)說居然能稱雄一個(gè)世紀(jì)而難以被推翻的事實(shí)，說明了一個(gè)什么問題呢?“熱質(zhì)說”雖然在觀念上是錯(cuò)誤的，但在“熱質(zhì)說”的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)和建立起來 的一些重要的熱學(xué)定律卻從定量上比較好地反映了客觀現(xiàn)實(shí)。正如恩格斯所說：“在任何一門科學(xué)中，不正確的觀念，如果拋開觀察的錯(cuò)誤不講。歸根到底都是對于正確事實(shí)的不正確觀念。事實(shí)終歸是事實(shí)，盡管關(guān)于它的現(xiàn)有的觀念是錯(cuò)誤的”。因此^，“熱質(zhì)說”被否定，不一定那些定律都被否定。顯然，一個(gè)錯(cuò)誤的學(xué)說也能為探索真理積累有價(jià)值的資料。也正因?yàn)榕c“熱質(zhì)說”相關(guān)聯(lián)的一些定律是精確的實(shí)驗(yàn)定律，使得“熱質(zhì)說”還有一層華麗的包裝，所以只象倫福德、戴維那樣的簡單定性的實(shí)驗(yàn)，還難以有力地推翻”熱質(zhì)說”。只有科學(xué)不斷發(fā)展了，才在更精確的實(shí)驗(yàn)事實(shí)上和更高的理論認(rèn)識上糾正了“熱質(zhì)說”這個(gè)謬誤。