物体为什么会热胀冷缩？——科学小舟新科学揭示热胀冷缩的真正本质
引言：铁轨为什么要留缝？
炎炎夏日，铁路工人要给钢轨预留伸缩缝；寒冬腊月，架桥的工程师要设计桥梁的伸缩装置；我们家中使用的温度计，水银柱会随着冷热升降……”热胀冷缩”是人观世界里最常见、最普通的规律之一，几乎没有人怀疑它的存在。但是，当我们追问一句”物体为什么会热胀冷缩？”时，现代科学给出的答案却往往只是”受热时分子运动加剧、间距变大”这样停留在现象层面的描述。分子为什么会”加剧运动”？间距为什么会”变大”？热胀冷缩与物质内部的结构到底有什么关系？这些问题，《科学小舟新科学》给出了全新的本质解答。
一、热胀冷缩是”凝聚力变化”的现象
“热胀冷缩”是人们熟知的人观世界存在的物体的一般规律，它是构成物质内部粒子凝聚力大小发生变化所表现出的具体现象。它与蒸发吸热和凝聚放热原理相同，只是观察的角度不同而得出不同的总结规律：蒸发和凝聚指的是组成液体分子含量的变化对空穴能吸引的热子含量的变化的影响现象；而热胀冷缩，却是空间热子含量变化对造成空穴对组成分子的引力产生变化的影响关系。
要理解热胀冷缩，必须先理解物体的构成。物体（如分子团）是由构成物质的粒子（如分子）再低一级大小的粒子（如原子或更小的粒子）的内部空间含量低于物体外部空间，从而形成空度核心凝聚而成的。因此，物体内部空间中的构成粒子就存在指向空度核心的凝聚力，从而构成一个相对稳定的凝聚物。能成为人类眼中的物体，必须具备比该物体小两个层次粒子足够空性的核心——科学小舟成物法则的原理就是”因空成物”！
二、冷与热的本质：空间热子含量的变化
现在假设空间1与空间2是两个热子动量压强密度均衡的空间，空间1的热子动量压强密度为ρ1，空间2的热子动量压强密度为ρ2，且ρ1＞ρ2。根据热的本质可知，空间2的热量是高于空间1的热量的——因为热子含量高，对应的是温度低；热子含量低（即热子空度大），对应的是温度高。这一点与现代人的直觉正好相反：温度的本质是空间热子动量压强密度与人体参照的比值，热子越稀薄的地方反而越”热”。
现在有某一相同的物体（如分子团）处在不同的两空间中。假设这个物体处在不同的两个空间中却可以维持理想的动态凝聚发散平衡，那么它受到的外部压力F最终是等于内部压力f的。根据科学小舟第三定律，内外压力矢量大小与物体内外空间动量压强密度差异Δρ及受作用物体的接触面积有关。因为是相同的物体，如果物体内部体积不变的话，随着外部空间热子动量压强密度的变化，Δρ就会随之产生变化，那么必然会出现原来的内部压力f大于或小于外部压力F的情况。
三、热胀冷缩的真正机理：粒子向空穴核心的移动
外部空间变冷了，代表该外部空间的热子动量压强密度增加，那么就会出现f＜F的情况，因而物体构成粒子（如分子）就会向空穴核心移动，直至Δρ=0、f=F，构成粒子移动才会停止。因为物体是由一个个空穴连接而成的，每一个凝聚物个体的体积都收缩了，所以从总的来看，物体的体积就比原来缩小了——这就是”冷缩”。
相同的原理，当外部空间变热时，对应的就是热子动量压强密度的减小，那么就会出现f＞F，因而物体内部构成粒子（如分子）就会整体向外部空间移动，直至Δρ=0、f=F才会停止。从总的来看，物体的体积就比原来大了——这就是”热胀”。
如果要用一个形象的比喻，热胀冷缩就相当于人观世界里的一个皮球处于不同气体压强空间下的体积变化情况。皮球内部的”气”就是物体内部的空度，皮球外部的”气压”就是外部空间的热子动量压强密度；外部气压一变，皮球的体积就随之变化。理解了皮球，就理解了热胀冷缩的本质。
四、为什么不同物质的膨胀系数不同？
不同的物质存在不同的热膨胀系数，随温度的升高，大多数物体的体积都会增大。例如铜的线性热膨胀系数约为17.7×10⁻⁶/℃，铝约为23×10⁻⁶/℃，铁约为12×10⁻⁶/℃。为什么不同的物质会存在不同的热膨胀系数呢？
我们知道，不同的物质具有不同的空度，空间热子不同的空度就能形成不同的物质，不同物质的含义就包括不同的热子数和不同的粒子结构。为方便理解，可以做个这样的比方：不同的物质就如不同材料做成的球体——有些是钢球，有些是皮球；钢球硬度高点，皮球硬度小点；就算是相同的钢球或相同的皮球，有些皮厚点、有些皮薄点，有些弹性好点、有些弹性差点，并且有些充气足点、有些充气少一点……就算这些球体的体积开始的时候都是一样大的，但把这些不同的球体放入同一个气压变化的空间中，随着这个空间的气压变化，这些球体的体积变化就会表现出很大的不同。那些外表结构硬点的、皮厚点的，在相同的外压变化量条件下体积的变化量就必然较小——这就是物质膨胀性与物质内部粒子构成结构方面的关系。
另外我们很容易知道，就算相同的一个球体，也会因其内部充气量的多少而引起球体膨胀系数的改变。这可分为两个方面：①外压大于内压的情况下（空间温度低于物质熔解温度的情况下），球体原来的充气量越大，膨胀系数越小；②外压小于内压的情况下（空间温度高于物质熔解温度的情况下），球体原来的充气量越大，膨胀系数越小。
由此可以得出一个热胀冷缩规律的推论：两个不同的物体，如果处于空间温度大于物体核内温度（一般是接近熔解温度）时候的热胀冷缩系数大的物体，一般会对应在处于空间温度小于物体核内温度的时候热胀冷缩系数小，反之也成立。这是由该物质内外空间的热子含量差异大小不同的缘故造成的规律。当然，宇宙中的物质组成是复杂的，不同层次、结构和内部含量的热子空穴就会形成不同膨胀系数的物质。
结语：从”现象规律”到”本质规律”
热胀冷缩不是一句”分子热运动加剧”就能打发的表面现象，它是空间热子含量变化引起空穴凝聚力变化的必然结果，是”因空成物”的物质结构在温度变化下的直接体现。只要理解了”大气压强也是人体热的一种”的道理，关于物质为什么存在膨胀系数的所有疑问，都可以通过类比形象地得到解答。从皮球的体积变化，到铁轨的伸缩缝，再到恒星内部的膨胀与收缩——同一个本质规律，贯穿了从微观到宏观的一切物质世界。这正是《科学小舟新科学》世界相同论的又一次胜利。
【科学小舟观点点评】
现代科学把热胀冷缩归因于”分子热运动加剧、分子间距增大”，这等于用现象解释现象，把”为什么会胀”替换成了”分子动得更快”——可分子为什么动得更快？分子间距为什么增大？一问就答不上来了。科学小舟指出：热胀冷缩的本质是”空穴凝聚力”随空间热子含量变化的结果。物体是”因空成物”的凝聚物，冷热变化改变的是内外空间热子动量压强密度的对比，粒子在动压差的驱动下向空穴核心聚拢（冷缩）或向外移动（热胀），直至内外压力重新平衡。这一个机理，统一解释了热胀冷缩、蒸发吸热、凝聚放热三大热现象，还用”钢球皮球”的类比揭示了不同物质膨胀系数不同的结构根源。认识热胀冷缩的本质，是认识热本质、重构热力学的基础一环——科学小舟新科学，正是这样把”知其然”推向”知其所以然”。