热不是分子振动——科学小舟新科学对热本质的彻底重构
引言：热是什么？一个被误解了三百年的问题
热是什么？自古以来就有不同的看法。培根从摩擦生热等现象中得出“热是一种膨胀的、被约束的而在其斗争中作用于物体的较小粒子之上的运动”；波耳看到铁钉被捶击后会生热，认为热是“物体各部分发生强烈而杂乱的运动”；笛卡尔把热看作是物质粒子的一种旋转运动；牛顿也指出物体的粒子“因运动而发热”。经过科学家的长期研究，“热是分子无规则运动的表现”最终成为直至现在都公认的理论——宏观的热现象是物体内部大量分子的无规则运动的表现，物体内部的能量就是所谓的内能。然而《科学小舟新科学》第四章“论热的本质篇”明确指出：分子振动学说对热作出的描述虽有一定的道理，但它就像以地面的树枝摇动来代表整个台风的全部，又像以冒气泡来作为水沸腾的原因一样，是以现象代替本质的学说，并没有真正踏入认识热的大门。
一、热首先是人的一种感觉
人们在对热的研究时，总是忽略了一个认识热的最基本、最重要的前提——热是人类的一种感觉。通过显微镜观察我们知道人体是由细胞组成的，细胞结构在受到外部粒子足够大的冲击力时会发散分解甚至会支离破碎。人体受冷热影响超过了一定程度，人的感觉就是痛苦；人体被火烧烤，组成人体的细胞就会发散甚至烟消云散。人类诸多感觉中，有什么感觉能比热的感觉对于保护人体结构不“散架”起到更大作用？利器插入体内和腐蚀液体腐蚀身体造成疼痛的感觉，总是伴随着“热辣辣的感觉”——这不正说明利器刺破细胞造成的感觉，与异常温度给人造成的感觉是出自同一个原因吗？
热的现象并不是简单的“振动”现象。冷热感觉产生的物质基础，是人体细胞（凝聚物）内外空间粒子含量的差异。设细胞分子团内外的热子密度为Z1、Z2，参数K=Z1/Z2。根据科学小舟第三定律：当K<1时，分子受到的力指向密度低的空间，细胞结构能够维持；当K≈1时，细胞凝聚物处于饱和态，结构不稳定，会由于空间粒子的波动而引起离散；当K>1时，分子不具备成为凝聚物的凝聚力，已经组成的细胞也会离散。正常的人体细胞，参数K必然是小于1足够多的数值，这是维持“常态下”人体细胞结构不离散的条件。
二、冷与热：与常识相反的热子密度
什么情况下人感觉热？什么情况下人感觉冷？这个问题是热学中革命性的基础观念。现在的“热现象”中的“热”往往被世人物质化实体化，认为物体温度变热是分子振动变得激烈、伴随空间“热子”含量的增加——这是极端错误的！结合“热可以让物体熔解消失（离散），冷可以让物体凝聚坚硬”的特性，根据“科学小舟成物法则”就可以清楚地知道：空间热子的含量与冷热的情况，恰恰与大多数人的认识相反——如果人体感受到热，必然代表所处的空间热子动量压强密度较低、热子含量较为稀薄；如果感受到冷，则代表空间热子动量压强密度较大、热子含量较为浓稠。
三、“热子”“热”“热量”“温度”的科学定义
在《科学小舟新科学》里并没有可以独立于粒子群体运动因素造成的所谓四种力（强力、弱力、电磁力和“万有引力”），而只有符合科学小舟第三定律的、维持空间粒子动量压强密度均衡分布而形成的力。人体是由分子团、分子凝聚而成的，是由于分子团、分子下约小两个层次的粒子空度所造成的，这个比分子团、分子约小两个层次的粒子，就是与人们感受最直接、最息息相关的粒子——我们可以称之为“热子”。
这里要特别澄清：科学小舟的“热子”与历史上的“热质说”有根本区别。“热质说”认为空间存在热质就能产生热现象；而科学小舟的“热子”作为基本粒子并不具有发热的属性。在我们生活的空间中，热子无处不在，但并不是有热子的空间就存在热现象——热现象的产生不在于空间是否存在热子，而在于空间是否存在热子含量的差异。这与人类对声音的感受是一样的：声音的产生在于空气层次物质在空间是否存在动压差，而不在于空间是否存在传播声音的介质。
由此给出科学定义：狭义概念的“热子”，就是相对组成人体的细胞团、分子团、分子小两个层次的粒子（比原子小一个层次）；狭义概念的“热”，就是某空间相对于特定空间的“热子”动量压强密度存在差异的大小程度。广义的热概念适合所有层次的物质：某种物质层次的热，是指比该种物质低两个层次的物质在两空间动量压强密度存在差异的程度。与热量对应，“科学小舟新科学”的“热量”定义是：热量是由于两空间存在热子动量压强密度差异的大小，热量的传递现象就是动压传递的现象，所传递动压的大小就是“热量”传递的大小。而“温度”的定义是：某空间的温度就是相对人体内部空间的热子动量压强密度比，外部空间的游离热子动量压强密度越大，温度就越小。
四、科学小舟热感定律
设人体细胞内核空间的热子含量ρ1与人体细胞外部空间热子含量ρ2的比值K=ρ1/ρ2，人体细胞常态下的比值为Kr。那么：当空间的热子比值K<Kr（即外部热子密度大于常态）时，人体就感觉到冷；当K>Kr（即外部热子密度小于常态）时，人体就感觉到热；当K=Kr时，人体感觉到的是舒适的不冷不热（即摄氏温度37℃左右）。这就是“科学小舟热感定律”。这个以能维持细胞稳定的外围热子的最小密度作为参考标准的温度制，可称之为“人体外热常数标准制”，它是最适合人类的温度制。此外还有人体“内热”——游离在细胞内部、分子外部的“中子层次”粒子的含量差异，对应“人体内热感常数”Kt，Kt也是人体一个重要的参数，也必须小于1。
热感是一种动态的感觉：热感的产生在于热子含量的差异，这个差异必然有一个参照的热子含量空间，而这个参照空间（人体细胞内部空间）的热子密度是动态的，所以热感也是动态的感觉。对于人体，最直接的热可分为三种层次：原子、分子类热（“外热”），中子类热（“内热”），以及“大分子团热”（大气压强差异）——从广义热概念来说：温度就是压强，压强就是温度。
五、热现象产生的两大要素
热现象（广义的）产生的两大要素：1、空间存在（广义的）热子的动压密度差异；2、空间存在能对热子动压密度差异作出“热反应”的感应物体，简称“热感物体”。对于第一要素，大多人都能理解——如果空间不存在动压差，就没有粒子的运动、凝聚和离散，也就没有物质间的作用力，更没有了粒子的振动，也就没有所谓的“热现象”。而第二要素却不少人忽视：任何现象的产生都不能缺乏特定的观察主体，就算空间存在了粒子的动压差，如果没有“感应物体”对空间粒子动压差作出对应的“热反应”，那么空间就不存在“热现象”。热是有条件的空间动压密度差，是一种具有能让物体解体或凝聚效果的空间动压密度差。
六、对“分子振动学说”与“热质说”的系统批判
现代科学认为花粉布朗运动的原因是水分子的“热运动”，这已经成为大多数人的认识，热的全部含义似乎仅是振动。可是有几个人去思考过水分子为什么会在做不规则的“热运动”呢？如果说水分子的振动就是热现象，那么我们应该去问为什么水分子会在振动；如果仅说因为热现象的存在而使得水分子产生振动，那么“水分子的振动就是热”的说法当然就不应作为热产生的理由。如果说因为热的存在会让水分子产生振动、可以作出热就是振动的理由，那么是否可以说“因为台风吹动了地面的树叶，所以地面的树枝摇动就是台风”？
历史上的“热质说”按线性思维创造出一种叫“热质”的特定物质，认为只要物体存在“热质”就会产生热。热质说是错误的，但毫不客气地说，“分子振动学说”对比“热质说”，却是人类科学从思维上的倒退！振动可以产生热，但振动绝对不是热的本质。而后来焦耳的能量转换理论认为分子接受了外部的能量才引起了振动，这实际上是在用一个人们并不了解本质的物理名词“能量”（或热能）代替要解释的“热”的概念，严格来说属于偷换概念的行为。这种以现象代替本质、以偷换概念作为终止人们疑问的“热能量理论”，就算曾经有过一定的使用价值，也是迟早被代替的理论。
七、对熵增原理的批判与“熵容”概念的提出
熵，自从被引入以来，就与热力学第二定律紧密相连。然而《科学小舟新科学》认为，熵的运用在热力学的研究中是“残缺且多余的”。从熵最原始的数学定义公式S=Q/T可以看出，当年的德国物理学家克劳修斯关心的是在一个孤立系统吸收的热量能造成系统温度变化的关系，而现在却被演化为“描述系统状态的不确定性和无序程度的度量”。热力学第二定律本身并不需要熵的概念即可表述——无论是克劳修斯的表述，还是开尔文-普朗克的表述，都直接关注能量转换的方向性和限制，而无需引入熵的量化。
科学小舟通过类比思维揭示了熵的本质：将熵Q=ST与牛顿第二定律F=ma进行类比——热量Q类比于作用力F，温度T类比于质量m，熵S则类似于加速度a。克劳修斯真正想要的，是一个衡量孤立系统热量影响温度程度的参量，即相当于“温度加速度”。为了完善熵的概念，可以引入一个类似于比热容的“熵容”参数Sr，它描述系统在单位温度变化下所能吸收或释放的熵量，从而更全面地反映系统在能量转换过程中的特性。熵增原理貌似为第二定律提供了一种量化手段，但也引入了一种残缺的逻辑谬误，即认为能够建立热量与温升的关系，而忽视了“熵容”的影响——这使得现阶段的熵理论变成了一个残缺又多余的理论。
八、“绝对零度”的本质：不存在绝对的零度
现代科学认为热是因为分子振动而产生的，如果把温度不断地降低，就会使分子的热运动越来越慢，到绝对零度（约-273.15℃）时分子就会完全静止不动。在《科学小舟新科学》看来，开尔文绝对温度制根本不是可独立适宜人类科学的温度参考标准制，正是由于人们对热现象认识的模糊，才产生出这样一个笼统的、没有真实意义的温度制。
从温度的本质出发：温度就是被感受空间热子动量压强密度ρx与人体细胞最正常状态下的近外围热子动量压强密度ρR的比值T=ρR/ρx。设ρR为1单位动量压强密度，温度K=1/ρx，随着ρx的无限增大，温度K无限接近零度，但永远不会等于零度——根据温度的定义，任何物质都不可能有绝对的零度；没有绝对零度，就和没有最大温度的道理是一样的。物质的组成是立体（多层次）的，温度是立体的，空间中粒子的层次无穷无尽，任何一种物质的“绝对静止”都是不能做到的。不同物质有不同的适用温度标准：水有水的“绝对零度”的含义，汞有汞的“绝对零度”的含义——最适合人类感受的温度标准，是“水的摄氏标准制”。
九、热的传递只有两种基本方式
现代热学认为热存在“传导”“对流”“辐射”三种传递方式。《科学小舟新科学》认为，粒子的振动并不能作为热产生的原因，因此也就不能把振动当作热传递的基本方式；把对流也作为热传导的基本方式就更不对了——流体介质的流动传热其实也是直接传导的方式，只是将单一的物体换作了流动的物体而已，热的接触传导方式就包括了对流方式。所以对流不能作为热传递的一种基本方式。热的传递方式只存在两种基本的方式，那就是“传导”和“辐射”，其中传导又分为低温传导（表层搬运原理）和高温传导（空穴敞开原理）。
结语：热是维持物质世界存在的根本条件
热作为具有让物体结构解体离散的特性，同时也意味着热也是物质稳定结构存在的原因——没有人体物质层次的热的存在，就没有人类的物质世界的存在；离开了广义概念的热，物质将不为物质！《科学小舟新科学》将热从“分子振动”的表面解释，推进到“空间热子动量压强密度差异”的本质层面，并给出了热子、热、热量、温度的明确定义，提出了热感定律，批判了分子振动学说、热质说与熵增原理，揭示了“绝对零度”的真相。理解了热的本质，就抓住了理解物质凝聚、物态变化、燃烧爆炸乃至生命现象的总钥匙。
本文基于《科学小舟新科学》书稿第四章“论热的本质篇”等章节撰写。更多内容请访问 https://www.kexuexiaozhou.cn