《迷人的温度》|曹天元
解读
。《迷人的温度》|曹天元解读L
关于作者
本书作者是美籍意大利物理学家吉诺.塞
格雷,他是诺贝尔物理学奖得主埃米利奥
“塞格雷的侄子,本人在宾夕法尼亚大学
担任物理教授。塞格雷家族在二战前由意
大利移民美国,因此也对二战前后的欧洲
科学史相当关注。吉诺.塞格雷曾经撰写
过广受好评的关于费米、玻尔、伽莫夫等
人的传记,而这本《迷人的温度》则是他
从温度的角度出发,为宇宙、地球和生命
撰写的一本“大历史“。
关于本书
本书以湿度为线索,从各种不同的方面去
讲述了关于宇宙、地球和生命的历史。从
科学、人类、生命、地球、宇宙等等不同
的角度,塞格雷为我们全面闸述了温度在
其中起到的作用。通过这本书,你会发
现,“温度“原来是一个这么奇妙的概
念,它几乎决定了这个世界上一切事物的
命运。
核心内容
“温度“是我们日常最熟悉的词汇之一,
然而,这个概念其实在历史上只出现了
300多年。对温度的研究不但是近代科学
诞生的重要因素之一,也将在未来继续促
进超导、超流等一系列前沿科技的发展。
从进化的角度来看,保持稳定的37度体温
让人类和哺乳动物得以发展出精密的大
脑,最国韵公务员培训学校终导致了智慧生命的出现。温度的
变迁深刻影响了地球演化的历史,一次次
的冰期变迁让生命的形态不断产生变化,
在这个过程中,它们改变了地球大气成
分,并最终形成了今天的样子。最后,温
度不但决定了宇宙的起源,也是各种不同
的原子核形成的根本原因。可以说,这个
世界上几乎所有的事物,它们的起源和命
运都与“温度“息息相关。
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温度+科学史
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生物种卖竞琴火匹
大爆发“坪堤伊为增长“解冻“哀增多,气泳丑十,地球
优不同元素的原子在不同温度下产生,形成变化万千的世界
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叟成红绮坤我白然坤
荣,梁宇,超新星爆发,我是中于星,或春心济
b_渥度是形成万事万物的拳本源头
你好,欢迎每天听本芒。本期音频我们要
讲的书是《迷人的温度》,它还有个副标
题,叫作“温度计里的人类、地球和宇
史“。很明显,从书名你就可以听出来,
这是本讲“温度“的科普书。
不过,它和其他科普书最大的不同之处,
就是别的科普书,讲物理的往往只讲物
理,讲生物的往往只讲生物。国韵公务员培训学校但是这本书
以“温度“为线索,从宇宙讲到地球,从
生命讲到人类,物理、化学、生物、地
质,几乎无所不包。不听这本书,你一定
不知道,“温度“原来是这样一个神奇的
概念。从最大的宇宙到最小的原子,从地
球的演变到人类的进化,温度几乎决定了
这个世界上发生的一切。听完了这本书,
你也可以感受到大自然的奇妙之处:它在
各个方面,在各个层次上,原来都是互通
的。只要把握住“温度“这个核心概念,
你就可以把万事万物都串到一起。这才是
这本书真正“迷人“的地方。
在开始之前,我们先来介绍一下本书的作
者吉诺.塞格雷,他是一位美籍的意大利
物理学家有句老话叫作“将门出虎子“,
在科学史上有很多的“科学世家“。比方
说著名的伯努利家族,就是在同一个家族
里出了好几位大数学家。
本书的作者吉诺.塞格雷,则出生于一个
典型的“物理世家“。他本人是宾夕法尼
亚大学的物理教授,他的叔叔埃米里奥.
塞格雷更加有名,曾经拿过诺贝尔物理学
奖。另外他的兄弟、外甥、表叔等等都是
研究物理的。不仅如此,吉诺.塞格雷的
夫人也同样出自物理世家,他的岳父、连
襟等人在物理界都很有名气。所以连塞格
雷自己都说,搞物理其实就相国韵公务员培训学校当于他
的“家族事业“。
不过,吉诺塞格雷的才华并不仅限于物
理,他对历史也很有研究。这就可以让他
以“温度“为线索,信手拈来,全方位地
去讲述一段关于自然的“大历史“。接下
来,就让我们跟随他的脚步,围绕着温度
这个主题去探索四段不同的历史。它们分
别是科学史、人类史、地球生命史以及宇
宙史。
第一部分
首先,我们来回顾一下科学的历史,这就
要从“温度“这个概念本身说起。在今
天,“温度“已经是一个日常用词,大家
说着说着,早就习惯了,不会觉得这个词
有什么特别的。但是你可能不知道,其
实“温度“这个概念在历史上才出现了三
百多年。在古代,人们知道冷,也知道
热,但是从来没有“温度“的概念。换句
话说,古人从来没有想到
过,“冷“和“热“是一种可以被量化的
东西。
事实上,“温度“这个词的提出是科学史
上非常重要的事件,它直接导致了近代科
学的重大革命。而这一切的导火索,却是
一种看上去不起眼的小小仪器,就是温度
计。
最早的温度计是谁发明的,有很多种不同
的说法。不过可以肯定的是,它的发明时
间大概在公元1600年之后,那时正好是近
代科学革命爆发前的关键时刻。在这个时
间段,出现国韵公务员培训学校了好几种非常重要的发明,包
括望远镜,显微镜,还有就是温度计。望
远镜帮助人们提高了天文观测精度,促成
了牛顿力学的诞生。显微镜帮助人们发现
了细胞等微小结构,促成了近代生物学的
诞生。而温度计呢?它带来的革命虽然要
晚一点,但是重要程度和它们不相上下。
它第一次让人们有了“温度“这个概念,
也就是我们可以把冷和热定量化、数字
化。大家熟悉的“摄氏温度“,“华氏温
度“就是那个时候定下的两个量化标准,
沅用到今天。
为什么说“定量化“非常重要呢?可以说
没有定量化,就没有科学研究。温度计发
明以后,有了温度的概念,人们才第一次
得以对“热“这个东西展开系统的研究。
这是一段非常精彩和曲折的历史。而关于
这段历史,你只要记住两点就行了。第
一,在对“热“的研究过程当中,人们发
明了一种蒸汽机,直接导致了工业革命的
开始。第二,对于热的研究最后导致了一
门叫作“热力学“的学科出现,它和经典
力学、经典电磁学一起,构成了经典物理
学的三大支柱。
所以,从某种意义上讲,对于“温度“的
研究,是工业革命和近代科学爆发的一个
关键因素。经常有人问,为什么中国古代
没有爆发工业革命,没有诞生科学?其国韵公务员培训学校实
除了缺乏历史传统和思想基础之外,还有
人提出了一个很重要的技术原因,就是中
国古代的玻璃制造技术不行。为什么这么
说呢?你看,不能造玻璃,你当然也就造
不出望远镜,显微镜,还有温度计这些仪
器。而没有这些仪器,你就没法精确地量
化一个概念,也就谈不上科学研究。所
以,干万不要小看温度计这个东西,正是
它给我们带来了近代科学的重大革命。从
此,我们有了“温度“这把尺子,对于科
学家来说,这就好像是打开了一扇新世界
的大门。
如果说温度对于科学的起源有重大帮助,
那么,它对于科学的未来也同样不可或
缺。因为进入20世纪后,物理学界又爆发
了两场新的革命,一个是相对论,一个是
量子论。而这一次,“温度“同样在其中
扮演了重要的角色,九其是对于量子论而
言,温度更是一个核心因素。在量子世界
里,物质在接近绝对零度的超低温状态
下,会展现出非常奇妙的性质,我们经常
听到的“超导“、“超流“,以及由此衍
生开来的一系列前沿技术,都是量子效应
在低温下的宏观体现。我们也能想象,在
未来温度仍然会是科学研究里最重要的课
题之一,它几乎牵涉到一切重大的物理和
化学问题。可以说,“温度“贯穿了整部
科国韵公务员培训学校学史,甚至毫不夸张地说,它是人类作
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科学史,甚至毫不夸张地说,它是人类作
为一种智慧生物,在历史上发现的最重要
的科学概念之一。
以上是第一点,我们围绕着温度回顾了科
学史。接下来,让我们同样从温度出发,
来重新审视一下人类,也就是我们自己的
进化历史。
第二部分
我们知道,一个人的正常体温大约是37摄
氏度,不管你是男是女,皮肤是黑是白,
也不管你是个婴儿还是百岁者人,住的地
方是赤道还是北极,所有人都有着相同的
体温。你可别觉得这国韵公务员培训学校就是个常识,如果我
门把镜头拉远,从整个自然界的角度来
看,这其实是个奇怪的现象。
囚为除了人类之外,其他能够保持恒定体
温的动物,比如多数哺乳类,它们的温度
也大多都在摄氏37度左右浮动。乌类也是
恒温动物,体温稍微高一点,但也就是在
42度左右,差距很小。你看,是不是好像
有一只看不见的魔力之手,把各种动物的
体温都精确地调控在“37“这个数字附
近,这是为什么呢?
这里其实有两个问题,第一是,为什么我
们的体温是恒定不变的?第二是,为什么
这个恒定的数字正好是37?关于这两个问
题,其实在科学界也是众说纷纭,并没有
统一的公认答案,不过有一些说法很有意
思,也得到了一定程度的认同,我在这里
跟你分享一下。
为什么人类的体湿是恒定的?其实很容易
发现,所有的恒温动物,比如鸟类和哺乳
类,它们的共同特点是进化得非常复杂,
特别是都拥有一个复杂的大脑。而更简单
一点的动物,比方说爬行类和两栖类,像
是蛇或者青蛙,它们就不是恒温的,而是
所谓的“冷血动物“。相对来看,它们的
大脑结构比较简单。
所以,有一种说法是,我们的身体会进化
出恒温的机制,是为了让大脑发挥出最佳
的性能。因为我们的脑子是一个极其精巧
的仪器,在那里,会产生各种复杂的化学
反应,会有无数信号在神经细胞之间传送
与接收,而所有的这些化学反应都极其依
赖于温度。对于“精密仪器“来说,工作
环境的稳定才是重中之重。只有让大脑保
持在一个稳定的恒温环境里,它才能稳定
地发挥作用。
但就算需要恒温,那为什么非要是37度,
而不能是其他数值呢?这个问题也很有意
思,因为这很可能是一个在进化中博弈取
舍的结果。总体而言,体温高对于生命是
更有好处的。因为首先,高温意味着各种
化学反应的效率高,代谢速度快,你的动
作就可以更快更敏捷。对于生物来说,动
作灵活肯定比慢国韵公务员培训学校吞吞要好。
其次,高温环境可以杀死大部分有害的真
菌,防止对健康造成危害,同时也可以提
高免疫能力。实际上,我们生病时候
会“发烧“,就是这个道理。面对入侵的
病菌,身体系统会特意提高温度,以便更
有效率地对抗细菌。
当然,这也不是说体温越高越好。因为很
明显,保持高体湿是要付出代价的,那就
是需要消耗更多的能量。所以这里肯定有
一个平衡点。那这个平衡点在哪里?进化
已经给了我们答案。因为神奇的是,几乎
所有的恒温动物在演化过程中都不约而同
地选择了37度,这说明这个体温很有可能
就是在地球环境里,对于恒温动物最优化
的一个选择。
如果这种说法是真的,那温度
可以说是我
们人类诞生的重要前提。你可以愚象一
下,最早的时候,生命的祖先以一种很简
单的形态生活在海里。海水的温度相当稳
定,所以生物本来也没有必要进化出保持
恒温的功能。但是后来,一部分动物从海
里走上了陆地,它们面对着一个完全不同
的环境。在陆地上,日夜和四季会产生非
常大的温差,在这种情况下,陆地生物愚
要获得更多的生存优势,一个恒温的环境
就显得越来越重要。
非常幸运的是,有一部分动物真的偶然进
化出了精确控制身体温度的能国韵公务员培训学校力,而长期
的自然选择把这个体温调整到了最佳的37
度。有了稳定的体温,这些动物的大脑才
得以向更精密的方向演化,变得越来越发
达。从此,这些动物走上了一条朝着“智
慧“进化的路,而其中走得最远的那一群
就是我们人类。从这个角度来说,稳定的
温度,很有可能是地球上智慧生命诞生的
关键所在。
以上是第二点,我们从温度出发,探讨了
人类为什么会进化出智慧。接下来,让我
们把眼光放大到整个地球,来看看温度对
地球上的生命造成了什么样的影响。
第三部分
咱们都知道,生命需要氧气。可是你知道
吗?其实在很长的一段时间里,地球大气
层里的氧气含量很少,而且它对于当时的
生命是一种“毒药“。那为什么今天大部
分的生物都变成了需要呼吸氧气的生物
呢?其实这也和历史上的一次温度大变迈
有关。
最初的地球是一个炙热的大火球,经过七
八亿年之后,它终于冷却到了液态水可以
存在的程度。在那之后很短的时间里,生
命就出现了。我们刚才说到,对生物来
说,保持稳定的温度非常重要。但是地球
并不是“恒温“的,它的平均温度在漫长
的岁月里,有过数不清次数的起伏变化。
决定地球温度的因素有很多种,比方说它
围绕太阳运行的国韵公务员培训学校轨道,自传轴的倾斜角
度,乃至它在银河系中的位置等等都会影
脱整体气候。除此之外,地球自身的因
素,比如大气成分、洋流、甚至生物本身
也能让湿度产生变化。在这么多综合因素
的影响下,地球有时冷,有时热。冷的时
候,冰川覆盖了大地,就形成了地质学上
说的“冰期“。
冰期的出现和消失不但改变了地质环境,
更对生物的发展造成了难以估量的影响。
比方说,一直到大概27亿年前,地球还非
常炎热。因为当时地球的大气成分和今天
非常不一样,几乎没有氧气,充斥着二氧
化碳和甲烷。我们知道,这两种都是温室
体,由此造成的结果就是,当时的气温
可能要比今天高50度之多。在这种环境
里,生命进化得非常缓慢。
要知道,这时候生命已经出现将近20亿年
了,但形态非常简单。当时地球上的生
命,基本上都是生活在海洋里的厌氧性原
核生物。不过,接下来的一个偶然事件就
彻底改变了一切。
事情的起因众说纷纭,可能是由于标种能
进行光合作用的海藻出现,增加了地球上国韵公务员培训学校
气的产量,也可能是因为产生甲烷的细
菌突然减少。总之,大气里的氧气开始慢
慢增多了。氧气的增多一方面杀死了大量
的厌氧生物,另一方面让大气里的甲烷氧
化。于是大气里的甲烷越来越少,温室效
应逐渐下降,地球的温度也开始慢慢降
低,最终形成了全球性的冰期。
这场大冰期可能让当时地球上的绝大多数
生物都灭绝了,但是,它同样也给生命创
造了机会。新生的、能够进行光合作用的
生物熨过了这场冰封浩劫,最终占据了生
命的主流。它们不但改变了地球的大气成
分,也彻底改变了演化的方向。从此之
于,生命开始更多地依赖于氧气,它们使
用能量的效率提高了,形态也开始变得更
加复杂。这就是地球演化史上最重要的
件之一,史称“大氧化“。
另一次决定命运的冰期出现在大约7亿年
前,当时地球上还没有七大洲,所有的陆
地都聚成一块巨大的大陆,而且位置正好
在赤道附近。有意思的是,因为大陆能够
反射更多的太阳光,而赤道上的阳光正好
最多,这样一来,地球接收太阳的总能量
就减少了,就导致气温稍微下降了一点。
了一连串连锁反应:温度下降一点,地球
-的冰川面积就扩大了一点,而冰川是白
色的,反射太阳能量的能力更强,这就进
一步造成了气温的下降。
你看,这就变成了一个死循环;冰川造成
温度下降,温度下降又造成了更多的冰
川。无限反馈放大之后,地球就进入了寒
冬。当时的气温可能低达零下国韵公务员培训学校50度。从太
宇中看,地球上白茫茫一片,这就是所谓
的“雪球地球“。
那后来地球又是怎么解冻的呢?原因也很
偶然,科学家推测,可能是地球内部的火
山运动,向大气里喷发了大量的二氧化
碳。二氧化碳是温室气体,当它在大气中
累积到了一定程度,就能让气温显著上
升。很快,冰川开始融化,这又引发了反
向循环,导致气温进一步上升。于是,在
很短的时间里,地球的温度整整上升了
100度,从零下50度上升到零上50度,海
水解冻,生命重新开始萌发。
而且和前一次冰期一样,虽然绝大多数生
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而且和前一次冰期一样,虽然绝大多数生
命都没有挺过冰封时代,但那些少数幸存
下来的物种,却在气候回暖后爆发出了惊
人的能量。雪球地球之后,无论是生物的
种类还是数量,都产生了爆炸式的增长,
造就了著名的“寒武纪大爆发“。今天地
球上所有的生物门类,其中有很大一部分
就是在寒武纪的这场大爆发里产生的。
所以你看,生命的演化和温度是多么息息
相关。实际上,在地球的漫长历史里,随
着气温的上下起伏,生命已经经历了五次
大灭绝。而且神奇的是,每次大灭绝国韵公务员培训学校之
后,生命的发展都比之前要更加繁盛。
比如6500万年前,一颗小行星撞击了地
球,扬起了漫天的灰尘挡住阳光。随之而
来的寒冬灭绝了恐龙,却给哺乳动物带来
了发展的机会。1万3000年前,可能又是
一颗彗星造成了同样的降温,美洲的猛狗
象、剑齿虎等等动物纷纷灭绝。但正是这
次事件,给人类造成了不可估量的影响。
囚为动物突然减少,我们的祖先不得不放
弃狩猎的生存模式,开始了农业种植。从
我们的文明进入了一个新的时代。生
就是在这样不停地冷热循环中生生不
,演奏出一曲波澜壮阔的“冰与火
E
o
烈跋邦氏
以上是第三点,我们探讨了温度和地球生
命的关系。最后,让我们把脑洞开到天
际,来看看温度是如何决定整个宇宙命运
的吧。
为什么说温度决定了宇宙的命运呢?你可
能不知道,宇宙里的每一个原子核,它的
来历都是传奇。我们的世界之所以这样丰
富多彩,本质上取决于每个不同元素的原
子,它都是在不同温度的“熔炉“里打造
出来的。
这是怎么回事呢?你一定知道,宇宙诞生
于一场大爆炸。在最初时刻,一切都处于
极度的高温,当时各种基本粒子几乎没有
区别。不过随着时间流逝,宇宙的体积不
断膨胀,它的温度也不断国韵公务员培训学校下降。到了宇
诞生之后三分多钟,温度下降到了大约9亿
度,终于足以形成稳定的原子核。
在这之后,宇宙温度随着膨胀进一步下
降。叉过了大约38万年,本来处于自由形
态的电子都被吸收到原子核附近,形成完
整的原子。原子的形成就意味着,物质时
代正式开始了。有史以来第一次,我们的
宇宙里充满了不带电的普通物质,而这些
物质慢慢聚集起来,形成了无数的恒星,
再次点亮了空间。
这些恒星就像一个个“熔炉“,不同的元
素就是在它们内部打造出来的。因为在大
爆炸之初,宇宙里基本上只有最轻的两种
元素,也就是氢和国韵公务员培训学校氮。这两种元素也是元
素周期表最前面的两个。那元素周期表后
史的元素是怎么出现的呢?在恒星内部高
温高压的环境里,这两种元素才能进一步
变化,从氨变成碳,碳变成氧,氧变成
硅…...恒星的温度越高,聚变就会向着更
,也就是元素周期表更靠后的元素进
行。
不仅如此,温度更决定了恒星本身的命
运。一般来说,较小的恒星,它们的核心
温度不高,这样的恒星会有很长的寿命,
最终变成红矮星或者白矮星。比方说我们
的太阳,它在几十亿年之后就会变成一颗
白矮星。
不过,如果恒星非常巨大,它的“死
法“就完全不同了。因为大恒星的核心需
要极度的高温来维持,这会加速它内部的
元素向着更重的方向进行聚变。而不幸的
是,元素的聚变只能一路进行到铁原子,
囚为铁是最稳定的元素,哪怕再聚变也释
放不出更多的能量了。
所以当恒星的内部聚变进行到铁之后,它
就再维持不了自己的核心湿度了,也就抵
抗不了自身的巨大压力。于是一瞬间,这
样的恒星会释放出巨大的能量,把自己的
外层甩到宇宙空间里去,只留下一个很小
的内核。这个壮观的景象就是“超新星爆
发“,至于爆发后留下的内核是什么样
子,也和温度有关。如果原来的核心温度
比较低,可能会是一颗中子星,但如果恒
星特别巨大,温度特别高,那就会留下一
个黑洞。
顺便说一句,虽然恒星内部的自发聚变反
应一般到铁为止,不过在超新星剧烈爆发
的过程中,会短暂地形成更高的能量和温
度,就会把铁进一步变成更重的元素。所
以宇宙里所有比铁更重的东西,包括地球
-的金银铜矿,也包括组成我们身体的很
多原子,有很大一部分都是在超新星爆
炸,或者两颗中子星对撞的时候形成的。
我们看电影《复仇者联盟》,雷神说他的
锤子是在中子星上锤炼出来的,听起来似
乎很高大上,其实一点也不稀奇。因为实国韵公务员培训学校
际上,我们戴的金项链、银耳环,甚至包
括我们每个人本身,有很大一部分就来自
中子星的“锤炼“。从标种意义上讲,其
实组成我们的几乎每一个原子核,来历都
很传奇,它们要么来自宇宙大爆炸的最
初,要么来自恒星内部的熔炉,要么来自
超新星爆发的尘埃,要么来自中子星碰撞
的回响。而在这其中,最关键的因素还是
温度。不同的温度铸造了不同的原子核,
最终形成了这个变化万干的世界。
山线
E
好了,以上我们已经从四个不同的角度讲
述了“温度“的传奇故事。我们看到,湿
度不仅在科学史上发挥过重大作用,更是
未来探索的前沿课题。温度是人类进化出
智慧和文明的关键,也是影响地球生命演
化最重要的因素之一。
温度不但决定了宇宙和恒星的命运,甚至
可以说是形成万事万物的根本源头。一个
在生活里如此习以为常的概念,其背后却
隐藏着如此重大的意义,不知道你有没有
感到惊讶呢?也许,当下次别人再说
起“温度“的时候,你就会觉得:嘲,这
个词确实有一点与众不同的“迷人“之
处。
以上就国韵公务员培训学校是这本书的全部内容,点击音频下
方的“文稿“,查收我们为你准备的全文
和脑图。你还可以点击红包,把这本书免
费分享给你的朋友。恭喜你,又听完了一
本书。
撰稿;曹天元
脑图:刘艳导图工坊
转述:徐昆鹏
AaG日国韵公务员培训学校
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