世界近代中期科技史-第9章
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是“燃素说”的信奉者之一，在研究热的本质时，他认为“热”和“燃素”
一样，是一种由特殊的“热粒子”组成的“热流体”。布莱克所说的这种“热
粒子”，后来也被人们称为“热素”和“热质”。这样，布莱克就提出了关
于热的本质的“热质说”。根据这一假说，他把热看成是一种特殊的物质，
他认为热是一种流体，它可以渗透到物体中去并在热交换的过程中从一个物
体流向另一个物体，水是“热质与冰的结合”。尽管在热交换前后，热质在
不同物体中的含量有所改变，但是它们的总量是守恒的。很显然，热质说只
不过是“燃素说”在热学中的推衍而已。热质说能够解释许多已知的热现象，
因而成为18世纪占统治地位的一种观点。
拉瓦锡推翻了“燃素说”，在1780年又与拉普拉斯合作，完成了正确测
定物质热容量的课题。在进行这一实验时，拉瓦锡说：关于热的本质，有人
认为是一种物质，有的认为是物质分子的微小运动。只要是以热量保持恒定
为前提，那么采用哪一种说法都是不错的。如果采用热是一种物质的观点，
就可用热物质不生不灭来解释热量的守恒。如果采用热是分子运动的观点，
就可用能的守恒来解释，因此各有各的道理。但是，不管表面上如何，拉瓦
锡是倾向于把热当作一种物质来处理的。他在1789年所写的《化学纲要》一
书中清楚地引入了热物质，把它作为元素之一，取名为热质。他论述道：所
有物体由相互吸引的分子所组成，通过加热，固态会变为液态、液态会变为
气态。从这两种现象来看，我们不得不承认存在着一种极易流动的物质实体，
它具有充填分子间的空间，扩大分子间的距离的作用。这一物体实体——热
质，根据其状态可分为“自由”热质和“束缚”热质。束缚热质被束缚在物
质中间 （束缚在分子上），形成该实质的一部分。而自由热质没有任何束缚
状态，它从一个物体移向另一个物体，成为各种热现象的载体。拉瓦锡把将
一定质量的物体加热到一定温度所需要的热质也取名为比热。比热取决于物
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质分子间的距离和分子间结合的强弱，而且分子之间的空间的大小决定该物
质的热容量。
这样，由布莱克提出，拉瓦锡明确归纳而成的热质说，在 18世纪末到
19世纪前30年左右在物理学上占了统治地位。正是在这种情况下，热学有
了相当大的发展。这里需要注意的是：第一，正如人们在拉瓦锡时代已经看
到的，热质这一观点和把热看作为运动的观点不能看作为二者绝对相斥、互
相对立的，而应看作为同一事物的两个侧面；第二，以热质说为基础的研究，
在某些范围内还是取得了很大成果的。这是因为热量守恒在某种范围的一些
现象是成立的，另外，也因为熵在无增减的过程中，根据热量观点，在理想
情况下可以获得熵。
18世纪末，开始有一些人对“热质说”表示怀疑。1798年，从美国移居
欧洲的科学家汤普森（即伦福德伯爵，1753—1814年）在德国的一家兵工厂
进行了著名的“伦福德热学实验”。汤普森用锐钻头和钝钻头这样两种不同
的钻头钻造炮膛，并测量两种钻头所产生的不同的热量。他发现，在相同的
时间内，钝钻头比锐钻头钻进的深度要小得多，但钝钻头所产生的热量比锐
钻头所产生的热量反而要大得多。而根据“热质说”，钝钻头产生的热量更
大，释放出来的热质更多，因而钻进的深度也应更大。但事实却与由“热质
说”所推出的结论完全相反。汤普森还发现，一只简直不能再用于钻孔的钝
钻头，在用它钻孔时，它所产生的热量竟能在2小时45分钟内使18磅左右
的温水热到接近沸点。根据上述热学实验，汤普森认识到，热不过是机械运
动的一种形式，它的本质在于机械运动，运动产生热。这样，他就提出了最
初的热的唯动说，即与“热质说”对立的“热动说”。
汤普森提出热动说以后，即以热动说为理论武器，对热质说进行了最初
的批驳。1799年，他在《伦敦哲学学报》上发表了一篇论文中说：“什么是
热？它不可能是物质的实体。对我来说，热除了是那种在这个实验（给大炮
钻孔）中当热出现时不断传给金属屑的东西即运动以外，似乎难以设想它是
别的什么东西。”①
汤普森最先发现了热运动与机械运动的本质联系，使热学与力学实现了
最初的渗透和结合，这就为热力学的诞生在实验上和理论上迈开了第一步。
但是，由于布莱克的热质说在那时仍具有广泛而深远的影响，因此汤普
森的热动说发表之后，并未立即产生显著的影响。在热动说发表之初，只有
一个人立即接受了汤普森的热动说，这个人就是英国青年电化学家戴维。
1799年，戴维进行了一次摩擦冰块的实验。他在一个可靠人力操纵的真
空装置中让两块冰相互摩擦。由于冰被密封在真空装置中，不可能有另外的
热源给冰块加热。在实验开始之前，戴维断言，两块冰在相互摩擦中将会产
生一定的热，而它们在摩擦中产生热的标志即是它们都将在相互摩擦中溶
化。实验结果，他的预言成了事实。这一实验，使汤普森的热动说进一步得
到了实验上的证实。
继戴维之后，曾重建光波学说的英国物理学家托马斯·杨氏从光与热的
关系出发，在1807年对热动说进行过研究。瓦特在革新纽可门蒸汽机时，虽
然他既利用了布莱克的量热学成就，同时也接受了布莱克的热质说的理论，
但他在革新成功蒸汽机以后，也曾在19世纪初接触过一些热力学问题。他曾
① ＇美＇乔治·伽莫夫：《物理学发展史》，商务印书馆1981年版，第95页。
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绘制过一张蒸汽压力与汽缸容积的分析图，这说明他对热力学问题已有所认
识。
显而易见，正是在力学、热学、化学的相互渗透中，发生了热动说与热
质说的论争。虽然热动说直到1826年才为苏格兰植物学家布朗（1773—1856
年）所发现的分子热运动最后证实，但正是热动说与热质说进行的论争，不
仅为热学与力学的相互渗透、从而产生热力学这门新兴的边缘学科创造了条
件，而且为以后能量定律的发现奠定了一块基石。
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四、天文学
1。著名天文学家
自从哥白尼的日心说提出后，近代天文学得到了很大发展，但由于教会
的迫害，神学自然观的盛行，天文学的发展受到了限制，但这一时期也涌现
出了一大批杰出的天文学家。
（1）赫维利斯 （1611—1687年）
波兰天文学家，生于格但斯克。自幼喜爱天文学，青年时代从事过多种
技术和艺术活动，是位著名的艺术雕刻家、机械师和光学专家。1641年，在
他的领导下，建成了当时欧洲最大的天文台——格但斯克天文台。
赫维利斯是月面学的创始人。他于1647年绘制了精确而且详尽的、并有
一定艺术价值的月面图。他对月面的各种形式，如角、海、山等加以一一命
名。这些名称仍保持到现在。同时，他还发现月球的光学天平动、水星相和
四颗彗星，并对恒星自转周期作了第一次精确的测量。
1687年，赫维利斯编成了1546颗星的星表，划分出11个新的星座，并
一一加以命名，如：猎犬座、鹿豹座、蝎虎座、小狮座、六分仪座、麒麟座、
狐狸座、盾牌座等。这些名称至今仍在沿用。
赫维利斯制造了许多天文仪器和设备，其中包括六分仪、象限仪和折射
望远镜等。1671年，他谢绝了巴黎天文台的聘请，留在波兰工作，直至逝世。
（2）皮卡 （1620—1682年）
法国天文学家，生于拉弗莱什。青年时随法国物理学家、天文学家伽桑
狄学习天文学，1655年，继伽桑狄成为法兰西学院的天文学教授。他是法国
科学院建院时的第一批院士之一，也是建立巴黎天文台的发起人之一。
皮卡受法国科学院的委托，于1669—1670年测出了巴黎和亚眠之间的子
午线的弧长。根据皮卡的测量，该子午线1度的长度为111。21公里，比现在
测量的数据仅大了0。03公里。
皮卡第一个用线网目视筒代替觇板孔来进行角测量。他制成了十字丝测
微计，并装在巴黎天文台的测量工具上，用它测量了太阳、月球和行星的角
直径及轻近恒星之间的角距离。经过测量，他认为地球不是很精确的球形，
通过对子午线天体赤经的观测，他第一个提出了利用摆钟测定天体赤经的方
法。
为了测定太阳视差，皮卡于1672年同卡西尼一起在火星冲时，对火星进
行了详细的观测，所得结果进一步阐明了以前的一些看法。他得出的有关地
球的一些重要数据，为后来牛顿提出万有引力定律创造了条件。
皮卡于1678年出版了天文年鉴，这是世界天文史上的第一部年鉴，皮卡
的著作主要有《地球的测量》等。
（3）卡西尼 （1625—1712年）
意大利天文学家，生于佩里拉尔多。曾在热那亚的一些教会学校学习。
1644—1650年，在波伦亚附近的潘茨格天文台工作。1650—1669年，任波伦
亚大学天文学教授。1669年，迁居法国。同年成为巴黎科学院院士，他领导
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了巴黎天文台的筹建工作，并一直主诗该天文台的研究工作。
卡西尼是一位才华出众的观测家。他用子午仪完成了大量的太阳位置观
测。在此基础上编成了新的太阳表，于1662年发表。他根据正弦定律提出了
第一个准确的大气折射理论。1664年开始用大型优质光学望远镜观测行星表
面，测定了木星的自转周期 （9时56分），描述了行星表面多个地带系统，
测量了行星轨道的偏心率。1666年，对火星表面作了详细观测，由此确定出
火星准确的自转周期为24时40分。他于1668年编纂并于1693年校订的木
星运行表，曾为天文学家和航海家所广泛采用。
卡西尼于1671—1684年先后发现了四颗土星卫星，即：土卫八、土卫五、
土卫三和土卫四。他还发现土星光环的缝隙（卡西尼环缝），即土星环是由
暗带分开的两个部分所组成，并估计整个土星光环由大量微粒所构成。1671
—1679年，还对月球表面作了详细的观测，并编成了月离图。
（4）勒默尔 （1644—1710年）
丹麦天文学家，生于奥尔胡斯。曾在哥本哈根大学学习，1671年，移居
巴黎，在巴黎天文台充当皮卡的助手。1681年回到丹麦，在哥本哈根大学任
天文学和数学教授，创建了哥本哈根天文台，并担任台长。
1675年，勒默尔在研究木卫运动时曾发现：当地球和木星相距最远时，
木卫食的时间比计算的时间要晚；当地球和木星相距最近时，木卫食的时间
则比计算的时间要早。1676年勒默尔用光速有限值解释了木卫运动的这种虚
假的不均匀性，同时测量了这种不均匀值，并得出光通过地球轨道直径的时
间为22分钟。
勒默尔在哥本哈根天文台时发明了具有准确分度盘和子午环的测量工
具，改进了测微计，并制造了许多其它天文仪器。他还测定了1000多颗恒星
的位置，所得数据为后来的许多天文学家用来确定恒星的自动。
（5）弗拉姆斯蒂德 （1646—1719年）
英国天文学家。自幼体弱多病，1662—1669年，在家自修天文学；1671
年，与汤利一道开始了系统的天文观测。1674年，剑桥大学函授毕业；1675
年，获得第一个皇家天文学家的称号。1676年担任格林尼治天文台台长，1676
年被选为伦敦皇家学会会员。
弗拉姆斯蒂德以天文观测而闻名，他的成就为现代方位天文学奠定了基
础。为了测得恒星、行星和太阳的准确位置，他最先采用了望远镜。他研究
了月离理论，并于1673年编成了月离表。随后，他又根据新的观测结果，进
一步发展了这一理论。牛顿在研究月离理论时，曾采用了他的理论和观测结
果，以及有关行星角直径的论文。
弗拉姆斯蒂德到格林尼治天文台以后，通过系统的观测，完成了一部三
卷集的巨著《不列颠星表》，收集了3000颗星的位置，并标有每个星座的编
号。这些编号迄今仍在沿用，如天鹅座61等。
（6）哈雷 （1656—1742年）
英国天文学家。生于伦敦一个商人家庭，从小热爱天文学。上中学时就
曾测出伦敦磁针变化为2°30′W。在牛津大学学习期间，他设计了测定行星
轨道单元的新方法。1703年，被聘为牛津大学教授。1720年，接替弗拉姆斯
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蒂德成为皇家天文学家，并担任格林尼治天文台台长。
1676年，年轻的哈雷担负起南天星表的编制任务，经过几年的努力，终
于在1679年出版了第一个南天星表，因而赢得了较高的声誉，被选为皇家学
会的会员，弗拉姆斯蒂德称他为“南方的第谷。”
1682年以后，哈雷为解决海上经度的确定问题，对月球进行了一系列的
观测。1698—1720年，他为了观测地磁的变化，并考察英吉利海峡的潮汐和
海峡，进行了连年的探险工作。
哈雷对天文学的最大贡献是对彗星的研究，他在观测1680年的大彗星之
后，又对24颗彗星的轨道进行了计算。他注意到1456年、1531年、1607
年及1682年彗星运行轨道的相似性。他首次利用万有引力定律推算出一颗彗
星的轨道，并预测该慧星以约76年为周期绕太阳运转。这颗慧星被后人称之
为“哈雷彗星”。
此外，哈雷还发现了恒星的自行现象和月球的运动的长期加速度，并提
出了以观测金星凌日来测定太阳的视差的建议。
（7）布莱德雷 （1693—1762年）
英国天文学家。1711年进入牛津大学，1719年成为牧师，1721年，被
聘为牛津大学天文学教授，1742年，接替哈雷担任了格林尼治天文台台长。
布莱德雷在天文学上有两项重要的发现，一是光行差现象，二是章动现
象。由于地球的运动，观测者所看到的天体方向，不是它的真实方向，而是
地球的速度和来自天体的光速合成的方向，这两个方向之差叫光行差。布莱
德雷所得出的光行
