热与功/热与温度/华氏温标

18世纪初的科学界仿佛在建造一座测温的“巴别塔”：牛顿被黏稠的亚麻籽油坑了，欧洲同时存在着30多种互不相通的温度刻度。物理学家和化学家们连一个统一的“冷热标准”都凑不齐，更别提去推导什么严谨的物理化学公式、建设未来的科学大厦了。

终结这场百年大混乱的，不是哪位戴着假发套的皇家学会院士，而是一个从小父母双亡、流落荷兰阿姆斯特丹的吹玻璃工匠。

他的名字叫丹尼尔·加布里尔·华伦海特（德语：Daniel Gabriel Fahrenheit；生卒：1686-1736）。

1714 年，华伦海特闪亮登场。他虽然没有牛顿那样的数学大脑，但他有一个极其可怕的物理天赋、极致的动手能力和强迫症般的精密精神。

他一眼就看出了前辈们的毛病：酒精“神经大条”（沸点太低），水“脾气古怪”（冷胀热缩），亚麻籽油是个“拖延症”（粘壁）。

为了制造出完美的温度计，他盯上了炼金术士们的最爱——水银（汞），也就是沿用至今的水银温度计里的那个水银。

水银简直是老天爷赏给测温界的神器：

第一，它极其“丝滑”，绝对不挂壁，受热膨胀或遇冷收缩时响应极快。

第二，它的液态范围非常广，从-39℃一直挺到 356℃ 都不会沸腾。

第三，它的体积膨胀系数在很宽的温度范围内几乎是完美的一条直线。

华伦海特通过独创的提纯技术，把水银的纯度拉到了当时的极限，并吹制出了内径极其均匀的细玻璃管。现在，“肉体”有了，就差赋予它一个统一的“灵魂”——刻度。

如果今天去美国或者在使用英制单位的一些国家，我们会发现华氏度（℉）简直反人类：水结冰是 32℉，水沸腾是 212℉。

很多人会吐槽：这数字也太奇葩了吧？为什么不凑个整呢？

这其实冤枉华伦海特了。在他的逻辑里，这套温标有着严密且充满“热力学”智慧的工程美学。他设定温度计，找了三个基准点：

第一个点：如何定义“零度”？

华伦海特出生在波罗的海沿岸的但泽市，那里的冬天极冷，水结冰的温度根本不足以代表“最冷”。他想要一个在实验室里随时随地都能复现的、自然界能达到的最低温度。

他怎么做的呢？他把水、冰和氯化铵（一种盐）按一定比例混合在一起。在这过程中，华伦海特不经意间构建了一个经典的“三元固液相平衡系统”。这种混合物，在盐融化时会大量吸热，温度不断下降，直到达到一个最低温度的“低共熔点”。在这个特殊的状态下，只要冰、水、盐同时共存，体系的温度就会像被施了魔法一样死死钉住，绝对不发生改变。华伦海特把这个极其稳定、极度严寒的温度，刻上了他生命中的 0度（0 ℉）。

第二个点：冰水混合物。

他把温度计放进纯粹的冰水混合物里，此时的刻度停留在了 32度（32 ℉）。

第三个点：人体的温度。

他把温度计夹在了一个健康成年男性（坊间传闻是他的妻子，但为了科学严谨性，通常被记录为健康男性的腋下或口腔）的身上。他把这个刻度定义为了 96度（96 ℉）。

为什么偏偏是96？

看到这里，我们一定是满脸问号：为什么体温非得是 96 这个不零不整的数字？

这里体现了华伦海特作为一个“玻璃工匠”的实用主义智慧。那个年代没有激光刻线机，所有的刻度都是纯手工在玻璃管上划出来的。

试想一下，要在一段距离内手工等分刻线，是用十进制好分，还是二进制/十二进制好分？

显然是对折再对折最容易！96 是一个极其完美的数字，它可以被 2、3、4、6、8、12 完美整除。华伦海特只需要把 0 到 96 之间先对折（48），再对折（24），再对折（12）……就能精准地刻出每一度的距离，误差极小！

等这支温度计造好后，他把它插进沸水里测试，惊喜地发现，水沸腾的位置刚好落在了 212 ℉。

212 减去 32，正好等于 180，这也是一个在几何和数学上极其美丽的数字（就像半圆的角度）。这一切简直是天衣无缝！

因为华伦海特的温度计实在太准、太好用了，英国皇家学会当即决定将它作为官方标准，并随着大英帝国的舰队推广到了全世界。

今天，绝大多数国家都废弃了华氏度，但美国人依然在坚持使用。如果抛开科学计算，单纯从日常生活的角度看，华氏度其实是世界上最懂“人体感受”的温标。

在华氏度里，0 ℉（约 -18℃）是人类不穿特制防寒服能在室外忍受的极限低温；而 100 ℉（约 38℃）则是人类在酷暑中忍耐的极限高温。

0 到 100，完美覆盖了人类生存的气象温度区间。 只要看一眼华氏度天气预报，如果是 50 ℉，那就是不冷不热刚刚好。

但是，生活便利了，科学家们却痛不欲生。因为，在计算中会发现，冰点是 32，沸点是 212，区间是 180，这计算量简直折磨人，满纸都是零碎数字。

我们需要一个为科学计算而生的、纯粹的十进制温标！

于是，一位名叫安德斯·摄尔修斯（瑞典语：Anders Celsius；生卒：1701－1744）的瑞典天文学家出场了。他重新定义了冰水与沸水，推出了今天统治世界的“摄氏度”。然而你可能不知道，摄尔修斯最初发明的摄氏度，水结冰是 100 度，水烧开反而是 0 度！

这又是怎么一回事？

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