科普 |《迷人的温度》：温度计里的人类、地球和宇宙史

从温度的维度解读宇宙，感受生命的迷人和星球的智慧。

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听书笔记

《迷人的温度: 温度计里的人类、地球和宇宙史》（A Matter of Degrees: What Temperature Reveals about the Past and Future of Our Species, Planet, and Universe）作者吉诺·塞格雷是美国高能基本粒子理论物理学家，他出身于物理世家，叔叔更是诺贝尔物理学奖获得者。作者吉诺·塞格雷在从事物理研究三十多年后，发现科学领域内的很多主题都和温度息息相关，所以他从六组重要的温度数据出发，带领我们揭开生命和宇宙的谜团。

第一组数据是动物的体温。

从北极冰流上的因纽特人，到纽约证券交易所里的经纪人，人类的体温都惊人的相似。除了人类以外，动物界也广泛存在体温恒定的“温血动物”，那么恒温性对动物到底有什么好处呢？

动物的大脑里都有数量惊人的神经细胞，神经信号的传送与接收依赖于复杂的化学反应，这些化学反应需要在一定的温度下才能发生。过去几百万年里，人类和其他温血动物发现了一个共同的规律：在摄氏38度左右，我们的思想和行动是最高效的。

要保持体温恒定，高效的冷却机制和保暖同样重要。恒温动物主要通过出汗、扇风和喘息来防止体温过高；要是外界温度太低，我们会靠发抖产生热量，而在长期的低温环境中，温血动物会长出厚厚的脂肪来隔绝外界的寒冷，企鹅和海豹就是绝佳的例子。

如果体温调节出了问题，人就会发烧，但遗憾的是，目前我们还不清楚发烧的具体机制。

第二组数据是文明的温度。

从狩猎采集到建村定居，再到生产工具，人类制造的温度从0度开始，经过500度、1000度、2000度，直到几亿度。不同阶段的文明有不同的标志温度。

炼铁需要摄氏1400度的高温，大约两千年前，人类就将火加热到了这个温度，1400度也由此成为铁器时代的标志。

蒸汽时代虽然没有具体的标志温度，但它的诞生离不开人类对温度本质的深入理解。科学家对温度的探索促成了热力学这门学科的诞生，最终他们发现了热力学第一定律：热是能量的一种形式，而且能量整体是守恒的。蒸汽机的原理正是将蒸汽蕴含的热能转化为机械能，再利用这些能量驱动机械，人类就此进入蒸汽时代。

而在如今的核子时代，我们已经制造出了5.1亿度的可控高温，不可控的核聚变甚至能制造出几十亿度的高温，比如爆炸的氢弹核心。

第三组数据是地球的温度。

地球的温度和人类命运息息相关。如果地球的温度升高100度或者降低100度，人类就不可能存活下来；即使变化的幅度不那么大，只是升降几度，人类的生活也必将受到重大的影响，决定地球温度的最大因素，是地球相对于太阳的运动。

在不同的年份，地球与太阳的距离不是一成不变的，有的年份更近一些，有的年份更远一些。这样的区别足以导致地球的温度发生变化，就像你离炉子越远，就越感受不到它的热量。当地球离太阳这个炉子最远的时候，就会进入冰期。

过去的六十五万年里，地球上出现过九个显著的冰期，现在正处于温暖的间冰期，所以文明才能欣欣向荣地发展到今天。对人类来说，冰期的威胁依然遥远，迫在眉睫的问题是温室效应带来的全球变暖。

现在普遍认为空气中二氧化碳浓度的升高，是导致全球气温上升的罪魁祸首，如果地球的温度继续升高，海平面必然上升，许多海滨城市将遭受灭顶之灾，海洋可能带来巨大的灾难，但同时，海洋也是生命的庇护所。

为什么这么说呢？地球经过历次大劫难，仍然有生命延续下来，这或许与我们的第四组数据：海洋的温度有关。

科学家在灼热的深海热泉附近发现了能在滚烫的泉水中生存的细菌。目前在细菌中保持耐高温记录的是“延胡酸索火叶菌”，它在摄氏110度的环境中发育得最好，要是温度降到90度以下，它就无法繁殖。除此以外，还有不少细菌能在100度左右的温度下生存繁衍，统称为“嗜热菌”。嗜热菌能在没有阳光、充满毒性、温度超高的深海中存活下来，这是为什么？

因为它们可以利用硫的化学反应获得大量能量，制造碳水化合物，简而言之，在深海热泉周围，化合作用代替光合作用，成为了生命的支柱。

除了嗜热菌以外，还有嗜冷菌。这些喜欢极端环境的微生物让我们看到了生命新的可能：如果气候危机真的来临，嗜热菌或许会成为生命的火种。

地面生命利用的能量来自太阳，而太阳的大部分能量是在它的核心产生的，太阳内部的聚变反应很大程度上取决于太阳的核心温度，这就是我们要介绍的第五组数据。

我们自然无法直接测量太阳核心的温度，幸运的是，我们能够接收到来自太阳核心的一位信使，它从太阳的心脏飞来，并诉说着那里的温度，它的名字叫中微子。

中微子看不见也摸不着，不过根据物理学家贝特建立的太阳标准模型，太阳核心的温度与它产生的中微子数量直接相关。太阳核心温度越高，产生的中微子就越多，反之则越少。所以如果能够测出中微子的数量，科学家就能根据标准模型算出太阳的核心温度。

在极其罕见的情况下，中微子会将它遇到的一个不带电的中子转化为带有正电荷的质子。每时每刻都有大量的中微子和中子擦肩而过，或许其中就有一个发生了这样的变化。正是基于这个原理，科学家开始修建中微子探测器。

他们使用的检测工具十分常见，那就是我们生活中会用到的洗衣液。洗衣液里有茫茫多的氯原子，总有一些能够遇到中微子，于是氯原子里的一个中子就会变成质子。只要能检测到这种变化出现的频率，科学家就能推算出中微子的数量，进而算出太阳的核心温度：1570万度。

在浩渺的宇宙中，温度有极限吗？

根据现有的宇宙模型，大爆炸发生的那个瞬间是整个宇宙温度最高的时刻，当时的温度达到了几千亿度，直到现在，无论是在太空中还是在人类的实验室里，我们都还没能重现这样的酷热地狱，相比之下，宇宙温度的下限似乎更亲切一些。

宇宙中温度的下限是绝对零度，它的具体数值是摄氏零下273.15度，也就是开氏0度。但绝对零度的世界只存在于理论的假想中，它是一个可望不可及的极点。

最近两百年来，科学家在实验室里朝着温度的下限不断进军，在这个过程中，他们有了很多意外的发现。比如著名的超导现象，超导现象的应用前景十分广阔，目前这方面的研究正在紧锣密鼓的进行。除了超导以外，低温世界里还有许多有趣的发现，现在这门分支学科已经成为了物理学中不容忽视的一部分。对温度极限的追求，其实是人类在科学道路上执着精神的一个缩影。

解读 | 阳曦

飞行器设计专业，科幻作者，科普及幻想文学译者

播音 | 邱博

策划编辑 | 陈艳

音频编辑 | 陈子夫