观察发热物体的火焰颜色
———高温目测技术 “火候”一词最初的本意是,观察发热物体的火焰颜色。在金属冶炼或烧制陶瓷过程中,历代工匠都以火焰颜色来判别炉体内温度的高低。因此,火候实际上是古人创造的一种经验的高温目测技术。虽然,它具有很大的经验性,亦不能标出温高的具体数值,但它有充分的科学性。
战国时著作《考工记》,最早记述了冶铸青铜的火焰颜色:
凡铸金之状,金与锡,黑浊之气竭,黄白次之;黄白之气竭,青气次之;青白之气竭,青气次之。然后可铸也。
这段话可用现在科学知识解释:在熔炉中加入铜矿和锡矿而进行熔化的过程中,首先熔化挥发的是那些不纯杂物,它们的燃烧呈现“黑浊”焰色;然后,熔点较低的锡或杂物硫熔化并挥发,呈现“黄白”焰色;随炉温升高,铜(古代写为“金”)熔化并挥发,铜与锡成为青铜合金,呈现“青白”颜色,进而炉火纯青,便可开炉铸造。
火候观察法,不仅被历代冶铸、陶瓷等工匠沿用,也被炼丹家和药物学家所发展。古人为我们留下了许多物质的火焰颜色的记载,这些记载表明通过观察火焰颜色来判断温度的高低以及炉内气氛确实是古人常用的判别温度高低的方法。这与近代物理学中用光谱学原理,对不同物质的不同特征火焰及其所对应的温度,来鉴别物质的方法是一致的。
清初欧洲温度计知识的传入 最早把欧洲的温度计介绍到中国的是,比利时人天主教耶稣会传教士南怀仁(F.Verbiest,1623~1688)。南怀仁于清顺治十六年(1659)来华,他著述的关于温度计的一本小册子《验气图说》于1671年刊行。该书后被收入他1674年撰成《新制灵台仪象志》一书的第十四卷中。该书中介绍了测量冷热变化和干湿变化的概念,并描述了“测气寒热”的仪器即温度计的制作方法、用法及原理。南怀仁制作的温度计,管子呈U形,管内注烧酒(或水);以一水平线为基准,将管子划分成上半部较长、下半部较短的两部分,对应天气的冷热作了一些不等分的分度,以作为测量温度的标尺。从书中叙述看,这种温度计只能观察到温度的变化,也只能测量相对的冷热程度,实际上类似伽利略等人发明和使用的那种没有固定点而且温标是任意的空气温度计。而17世纪欧洲许多科学家致力于研究温度计的改进和使用,他们对温度计的玻璃泡和管子尺寸与液体含量之间的关系,做了大量实验研究。对此,西方传教士未能及时介绍到中国来。