【题】“温标的开始与结尾处的那一段长度的刻度表示的温度是不一样的。已经得到证实的是,相等长度的刻度表示的温度,与液体的体积有着正比关系。就是说,温度计玻璃管中相同刻度长度所表示的温度增量,不是恒定的。”这段话(摘自卡彭特的著作《现代科学》,由托尔斯泰翻译成俄语)对温度计装置的准确性提出了质疑。
卡彭特希望以此说明,假如1℃用刻度长度表示为1毫米,那么在汞柱的总体积增加的情况下,相对于100℃毫米汞柱所占的体积比例来说,0℃时毫米汞柱所占的体积比例要更大。所以批评者据此提出,进行刻度划分要根据相等的温度间隔是不科学的。
那么这种刻度划分确实是不正确的吗?人们会不会由此对借助液体和气体体积来测量温度丧失信心呢?
【解】卡彭特认为:规定的温度增量与被测温物质的体积增量是成绝对正比关系的。他与他人在“我们温度计刻度的划分是基于什么”这样一个问题上有过很多争论。这“他人”其中就包括托尔斯泰,但最终托尔斯泰还是认同了他的观点。
而批评者却持相反的观点,他们是这样认为的:规定的增量与被测温物体的体积增量只存在相对比例关系。
实际上都是在一定的条件下这两种观点才成立的,争论两方观点的对错就像争论测量长度是用英尺还是用米尺才是准确的一样。语言仅能够谈论在特定情况下哪种观点是合适的、便捷的。
其实在科学史上,卡彭特的观点曾经被著名的物理学家道尔顿提出过,即“道尔顿温标”。绝对零度是不可能存在于这种温标体系之下的,整个热力学的研究会在接受这种体系划分时发生极大的变化。而这种变革不但不会简化,反而会使对自然规律的解释变得更加复杂。所以卡彭特和托尔斯泰在当时一定会遭到排斥的,因为他们在无意间试图恢复道尔顿温标。
在这里我们特别指出一种可以不依赖于某种物质的受热延展的温标,就是开尔文勋爵在19世纪中叶所制定的“热力学温标”。物体内部分子热运动完全停止时的温度,就是热力学温标的零度。根据卡诺定理制定了热力学温度的划分:在两个一定温度的热源间工作的一切可逆热机的热效率都相等。
已有的实验证实了温度变化系统的合理性:热力学温标所测温度,与氢温度计或者氦温度计所测温度都是相符的。