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| 編輯推薦： |
《迷人的温度》荣获中国科普作家协会优秀科普作品奖银奖。查理·芒格推荐必读！
《迷人的温度》从温度的维度，书写关于宇宙、地球和生命的历史。温度，不只是数字，它几乎决定了这个世界上一切事物的命运。
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| 內容簡介： |
大多数人每天醒来时都会考虑几个问题：今天要去哪里？现在是什么时候？外面有多冷？
有意无意间，对长度、时间和温度的衡量确定了生活的节律。这三个度量中，我对最微妙的那个温度最着迷。
过去几千年里，人类对长度和时间的日常理解并没有太大变化，尺子和钟表也很早就问世了。温度就不同。虽然人人知道就连一个婴儿都能分辨冷热，但是我们学会度量温度却只有几百年。
比如，我们知道太阳的中心温度，对地球的中心温度却不甚明了。
比如，无论生活在北极圈还是撒哈拉，为什么人类的体温保持不变？为什么它始终是华氏98.6度（摄氏37度）？为什么大多数哺乳动物和鸟类都有着大致相同的体温？又比如，我们感染时会发烧，为什么会演化出这样的功能？
温度，不只是数字。
在动笔之初，我就知道自己要在这本书里探讨一系列重大问题。过去的一百年，科学家曾着力研究这些问题，但它们中的许多至今仍没有解答。而将它们串在一起的，正是温度。
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| 關於作者： |
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吉诺·格塞雷（Gino Segrè），美国宾夕法尼亚大学物理和天文学教授。他是世界闻名的高能基本粒子理论物理学家，曾受到美国国家科学基金、艾尔弗雷德·斯隆基金、约翰·古根海姆基金和美国能源部的嘉奖。本书是他的代表作。
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| 目錄：
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引言尺子、钟表和温度计……001
第一章98.6度……008
不变的体温……011
深入撒哈拉……015
挺进南极洲……022
当事情出了差错……028
热度造成休克……035
第二章测量工具……041
第一缕火光……042
温度计的四位发明者……047
来自麻省的伯爵……056
蒸汽动力……061
热力学的三条定律……066
熵与生命……070
第三章读懂地球……073
哥白尼的和谐……077
牧师、律师和鱼类化石专家……083
冰的循环……087
090……冻土上的鲜花
095……厄尔尼诺，过去和现在
099……温室效应： 基本原理
105……温室效应： 历史
112……温室效应： 政治博弈
115……第四章极限生命
116……巴顿和毕比的探海球
123……烤蛤一区： 深海热泉
130……一腔热血
135……雪球地球
141……生命的第三支
144……熔化地球
151……地外生命
155……冰封两英里下的生命
160……第五章来自太阳的消息
161……太阳核心
166……宇宙浪荡徒
171……热力旁白： 伽莫夫、卢瑟福与核势垒
175……一颗恒星的诞生
180……黑洞和小绿人
185……基础元素： 氢和氦
188……三度的质子，两度的中微子
193……大爆炸和大挤压
第六章量子跃迁……198
法拉第的完美气体……200
最后的液体……204
超导……210
二象性、不相容性和不确定性……216
低温世界……222
爱因斯坦的冰箱……225
钱德拉的旅行……230
眺望未来……236
参考文献……239
致谢……260
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| 內容試閱：
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尺子、钟表和温度计
大多数人每天醒来时都会考虑几个问题： 今天要去哪里？现在是什么时候？外面有多冷？每天临睡，我们同样会预想这几个问题在明天的答案。有意无意之间，对长度、时间和温度的衡量确定了我们生活的节律。这三个度量中，我对最微妙的那个温度最着迷。虽然新的观念不断开拓我们的视野，但是过去几千年里，人类对长度和时间的日常理解并没有太大变化，尺子和钟表也很早就问世了。温度就不同了。虽然人人都知道就连一个婴儿都能分辨冷热，但是我们学会度量温度却只有几百年而已。对温度的研究更是如此，即使是一团气体的温度，我们对于它的科学理解（分子在热平衡下的平均动能）也比温度计的出现要晚得多。
一般来说，写给大众的科学书籍都会描述某个特定的领域或者专门的问题。在宇宙学、遗传学和神经科学领域，都不乏有用甚至精彩的好书。我的写法则有所不同： 我将对温度的度量作为引子，用来牵出科学的诸多方面。如此宽泛的题材，剪裁在所难免。书中的内容体现的是我个人的经历与品味，也表明了我的所知与无知。在此我想先说两句，向各位介绍一下我的身份和本书的走向。
我是个物理学家。每当有人问靠什么谋生，我总会说自己在从事家族事业。我的兄弟是物理学家，我的外甥也是，我的许多堂表亲都是物理学家，我的叔叔还得过诺贝尔物理学奖。我的岳父是一位著名的德国物理学家，我的妻姐嫁给了一位更加著名的维也纳物理学家。物理学是我一生的事业，也是我家族的遗传。
然而两代之前，本家族的事业却是纸张。我的祖父朱塞佩年轻时从意大利北部的曼托瓦搬到蒂沃利居住，那是一座位于罗马西面约十五英里的城市。他在那里开办了一家小小的造纸厂。当时的意大利统一不久，首都罗马欣欣向荣，对纸张的需求也不断上升，我祖父的造纸厂因此生意兴隆。这个历史悠久的新国度对犹太人的产业历来是排斥的，现在却一下子支持了起来。朱塞佩的勤奋得到了赏识，新政府授予了他骑士长的荣誉头衔。
蒂沃利在古罗马时期就是一个发达城市，当时名叫提布尔，它倚在亚平宁山脉脚下，四面围绕着杨树森林，阿涅内河的众多瀑布为它送去了清凉。每到盛夏，提布尔就会成为宜人的避暑胜地。随着帝国的财富不断增长，别墅和神庙纷纷在这里拔地而起。公元2世纪，哈德良大帝在提布尔的群山与罗马市郊的接壤处兴建豪宅，据尤瑟纳尔玛格丽特·尤瑟纳尔，法国作家，《哈德良回忆录》是她根据史料创作的一部小说。——译者《哈德良回忆录》的描写，这座宅子规模之大，已经不能以别墅称之，那里面包罗了剧院、倒影池和其他外围建筑。这大概是古典时代最庞大的一座庄园，却处处流露出祥和与安静。尤瑟纳尔这样想象了这位皇帝的心思： 我又一次回到别墅，回到了花园里那一座座可独处、可休憩的亭子。这里残存着一丝丝往日余韵，弥漫着一股不事声张的奢华，皇家的气度减到了最低，仿佛它的营造者并非帝王，而是一位家境殷实的鉴赏家、正试着将艺术的享受与乡居的魅力合二为一。哈德良之后，这颗明珠曾经荒废了许久，一直到意大利复兴并定都罗马，才在1870年将它重新发掘出来，并取名“哈德良别墅”。
文艺复兴时期，提布尔更名蒂沃利，和从前一样，它继续担当着附近那座都会的消暑胜地。1550年，红衣主教艾波尼多·德·伊斯特着手将一座古代修道院改建成了千泉宫，这座别墅奢侈华美，是文艺复兴喷泉的最佳示例。主教将别墅建在山腰，以增加泉水飞流直下的气势，这还使得一众红衣主教和贵族在凉爽的小径上散步之时，能瞥见远处圣彼得大教堂的圆顶。蒂沃利成为了优雅和魅力的代称，它的名声远播海外，以至于哥本哈根的一座游乐园至今仍以“蒂沃利”为名。
19世纪工业勃兴，造纸厂需要树木打磨纸浆，需要充足的水源和电力，最好附近还要有一个市场。这些条件蒂沃利统统具备，于是我祖父把纸厂建在了千泉宫脚下，厂址就设在古罗马海格力斯神庙的旧址，神庙的断垣残壁成为了工厂的骨架。这在今天是不可想象的亵渎行为，但在当时，新罗马的需求不断增长，古罗马的石块自然就成为了合适的地基。我的父亲晚年曾打趣说，塞格雷家族留在蒂沃利的唯一痕迹大概就是一块铭牌，上面写着“此系海格力斯神庙旧址，一度为塞格雷家族纸厂所据，后于某某年恢复原貌”。
我祖父生了三个孩子，都是男孩，他们成长于一个新旧激烈对峙的时代。我父亲安杰洛排行老大，幼年时常在哈德良别墅的废墟徘徊，一边收集古罗马硬币，一边审视历史。他后来成了一位古代史教授，但他的志愿不仅仅是记录过去。他还想知道古人怎么支付账单、交易什么物品、他们的经济如何运行、地中海的各种货币有着怎样的比值、古罗马人又是如何应对财务危机的。他最重要的著作是一部两卷本的《古代世界的计量学及货币流通》（Metrology and Monetary Circulation in the Ancient World），其中计量学就是对于度量的研究。他曾告诉我，当他听说在一间古代仓库里发现了大量陶罐碎片时，他立刻意识到自己能推算出这些碎片拼合之后每一只陶罐的容积，这个发现使他兴奋不已。他知道那间仓库里放了什么、那些罐子里装了什么、它们的卖家是谁、买家是谁、售价又是多少。每一个度量，他都一清二楚。
我这位父亲迷人可爱，性情乖张，虽然不通实务，知识却十分渊博。到后来，他渐渐认识到对古代世界的研究是一种奢侈。他对当时新兴的量子力学、相对论、遗传学和宇宙膨胀说相当着迷，也许是懊悔自己没能从事科学，他力主他的孩子都要修习理科。父亲的这种情感还可以作另一种解释： 他自己的心灵已经被历史填满，所以急着要别人替他去探索那些陌生的领域。
祖父的次子马尔科走上传统老路，他继承了家族产业，继续经营纸厂。他所研究的度量是那些乏味但不可缺少的东西： 资产负债表、现金流和增长曲线。
祖父的第三个儿子是埃米利奥。1920年代中叶，还在罗马大学读本科的他开始随恩里科·费米恩里科·费米，美籍意大利物理学家，精通理论及实验，曾获诺贝尔物理学奖。——译者从事研究。费米当时刚到罗马，他只比埃米利奥年长四岁，却已经拿到了教授头衔，在学术界崭露头角。因为与费米等人的合作，埃米利奥的物理学生涯一路顺风，他先是在欧洲工作，后又去美国发展，在两地都很成功。
埃米利奥最有名的成就，一是和费米一起研究了中子，二是发现了反质子，后者使他在1959年和欧文·张伯伦（Owen Chamberlain）分享了诺贝尔物理学奖。然而，我更愿意纪念他的另一项少有人知的成就，那就是发现了锝元素，尤其是测出了锝的半衰期。故事是这样的： 1937年，埃米利奥到美国伯克利访问，其间结识了伟大的实验物理学家、回旋加速器的发明者欧内斯特·劳伦斯（Ernest Lawrence）。两人志趣相投，分开后常常通信。有一次，劳伦斯从自己在加州的回旋加速器中取出一片钼箔，寄给了当时还在意大利的埃米利奥。埃米利奥疑心这部加速器可能已经轰出了元素周期表上的第四十三号、一种人类从未侦测到的新元素。他和同事卡洛·佩里埃经过一次次细致的化学分离，终于证实了这个设想，两人将这种新元素命名为“锝”。此前的化学分析之所以没有发现锝，是因为它有好几种化学性质相同的形态，但没有一种是稳定的。
我知道这项发现对于埃米利奥叔叔具有特殊的意义，因为当二战结束，他终于能回乡祭扫父亲的坟墓时，他带去的正是锝元素。他曾回忆道： 我来到罗马的维拉诺公墓，在父亲的坟头洒下了一小把锝，以此寄托我的爱戴与尊敬，身为儿子，也身为物理学家。这些锝的放射性微乎其微，但它们的半衰期长达数十万年，无论我献上怎样的丰碑，都无法与之相提并论。埃米利奥晚年转向了历史研究。他的第一项科学之外的成就是为自己的导师费米作了一部传记。后来，为了总结一生所见，他又写了一部20世纪物理学史。他最终还将目光投向了量子力学诞生之前的岁月，写出了一部经典物理学史。照他自己的说法，这些著作的意图是讲解但丁的名句：“Chi furono li maggiori tuoi？”（字面意思：“比你大的是谁？”但更加知性的解释是：“你的祖先是谁？”）
叔叔的参与加上父亲的指点，无疑都是促使我投身物理学这门家族新事业的原因。父亲甚至还宣布我应该成为一名理论物理学家。我追问他为什么做这样的决定，他回答说理论物理这一行有两个基本的好处，一是使人分辨对错，二是对于不想搭理的人可以不必搭理。虽然这两条理由都值得商榷，但我依然成为了一名理论物理学家，也证明了自己是个听话的儿子。从业三十年来，我一直将基本粒子作为主要的研究领域，偶尔也涉猎凝聚态物理和天体物理。
现在，回首自己的事业以及父亲和两位叔叔的一生，我发现有三种度量始终吸引着我们的目光、主宰着我们的生涯，它们就是长度、时间和温度。一只双耳瓶的容量、一块锝的半衰期、一颗中子星的温度，这些都可以用复杂的仪器加以度量。但这些度量用简单的器材也能估算，比如尺子、钟表和温度计。
在动笔之初，我就知道自己要在这本书里探讨一系列重大问题，过去一百年的科学家曾着力研究这些问题，但它们中的许多至今仍没有解答。在朝着这个目标努力时，我欣喜地发现温度是其中重要的部分，而不仅仅是一个次要的标记。试想下面三个例子：
我们的地球是在大约四十五亿年前从一个原行星盘演化而来的，那么地球上的生命又是在何时诞生的呢？三十七亿年前的地球上肯定已经有了生命，那么在那之前的八亿年，已经足够让地球上的原始有机分子组装成遗传物质了吗？当时的地球已经有了生命诞生所必需的水环境了吗？这两个问题的答案都取决于地球早期的温度——对生命有利的气候维持了多久？生物对于温度的剧烈变动又有多大的抵抗力？如果当时的温度条件还不可能在这么短的时间内孕育生命，那么我们就必须到太阳系的其他地方去寻找地球生命的源头。如果生命真的是在别处诞生的，那又是什么地方在四十亿年前正好具备了适宜生命的环境、那些生物又是如何从那个地方来到地球的呢？
再来想想宇宙诞生的那一场“大爆炸”吧。宇宙在形成之初无比炎热、超乎想象，接着又在三十万年的时间里冷却到了华氏5500度（约摄氏3000度，科学中一般表示为开氏3000度）。有实验表明，当初那个5500度的宇宙几乎是完全均匀的，无论哪里都是一样的温度。然而它又不可能是彻底均匀的，否则星系、恒星和行星就无法演化出来。当时的宇宙有着上下不足1度的温度波动，今天的科学家正在用现代天文工具研究这些波动产生的信号。
第三个例子，请思考一个相当奇怪的概念： 最低的温度或者绝对零度。不到两百年前，科学家们有了使物质不断降温、逼近这个极限的想法，这个想法打开了一片新的天地，在其中量子力学主宰万物、导线没有了电阻、流体没有了摩擦。这个天地与我们的经验相去甚远，但是在恒星内部却存在着与它相似的世界。在理论之外，对它的研究还可能产生重大的新技术，服务我们的日常生活。
关于温度还有一些趣味十足的谜题，论影响之深远或许比不上前面三个，但重要程度却毫不逊色。比如人类的体温，无论我们生活在北极圈还是撒哈拉，为什么体温保持不变？为什么它始终是华氏986度？为什么大多数哺乳动物和鸟类都有着大致相同的体温？使大脑保持恒定的状态和反应显然是一个原因，但是只要看一看我们的动物兄弟所采取的各种适应机制，就会明白这里头另有玄机。又比如，我们感染时就会发烧，演化出这样的功能又有什么好处？这一点同样没有完整的答案。
本书中举出了许多谜题，其中的一些还显得违背常理，比如，我们已经知道了太阳的中心温度，对地球的中心温度却还不甚明了。不过仔细想想，许多问题的答案还是显而易见的。虽然我拿不出一个包罗万有的科学观点，但是我会着重指出各个研究方向以及各种答案之间的关联。而将它们串在一起的正是温度。
第一章98.6度
98.6度（指华氏度，约合摄氏37.2度）——人类之间的相似真是一件非同寻常的事。放一支温度计到一个人的舌头下面，无论他是北极冰流上的一个因纽特人①、伊图里森林中的一个俾格米人，或是纽约证券交易所内的一个股票经纪人，得到的读数都是相同的。黄人、黑人、褐人、白人、高个子、矮个子、胖子、瘦子、老人、年轻人、男人、女人，体温都是98.6度。无论是一个月大的婴儿、二十岁的运动员，还是一位百岁老人，都有着相同的体温。无论你的肌肉膨胀还是萎缩、牙齿突出还是掉落、视力敏锐还是因患白内障而模糊，无论你的心律是不是在压力下倍增、呼吸有没有剧烈起伏，无论你是浑身战栗还是挥汗如雨，你的体温都始终不变。即使它只变动2％，你也会觉得痛苦；如果它的升降超过了5％，你就要考虑去急诊室了。人和人的相似，在这一点上真是惊人。当你呼吸、流汗和排泄，身体的其他机能都会大幅变动，这全都是为了维持一个恒定的体温。
严格来说，98.6度只是一个简单的缩写，因为我们身体的各处温度是不同的，虽然其中也不乏规律。我们的皮肤一般比内脏低6度，你只要把放在舌头下面的温度计捏在两根手指之间，就能证明这一点。口腔和肛门的温度也不相同，后者一般比前者高1度。不同的脏器之间，温度也有差异，高低取决于新陈代谢和血液的流动。早在人类开始测量温度之前，我们的祖先就已经对此有所察觉了，他们认为身体上最热的部位是心脏，尤其是那些“热血型”的人。但真实的情况比较乏味： 我们发现，不那么热血的肝脏反倒是最热的。
在17世纪之前，“所有的人体温相同”的说法一定会使人觉得奇怪。当时还只有粗糙的温度计，也没有人用它们来仔细比对不同人的体温。人们只能粗略地测量体表的温度，他们想当然地认为，一个人的体温反映了当地的气候，因此热带居民的体温要比温带居民的高。1578年，约翰内斯·哈斯勒（Johannes Hasler）出版了影响深远的著作《医学的逻辑》（De logistica medica），书中提出的第一要务就是“确定每一个人的自然温度”，而决定体温的因素有“对象的年龄、测量的季节、杆子的高度（即海拔）和其他种种影响”。哈斯勒制作了一张详细的表格，指导医生如何参考病人的体温、需求和周围的环境来配制药品。他当然知道发烧和疾病有关。所以他才会提醒医生们留意病人体温的变化。
我们今天知道，体温并不会随着地点而不同。但是它的确会随着一天中的时间而略微变化： 上午逐渐上升，下午三时许达到峰值，到了夜间又降到最低，最高和最低一般相差1.5度，98.6度只是一天中的均值。不过，即使这个说法也需要加以限定，比如《哈里森内科学》一书告诉我们：
都说人类的“正常”体温是华氏98.6度，但是根据文德利希在一百二十多年前的最初观测，18至40岁之间的健康成人的平均口腔温度应该是华氏98.2度。
人的体温超过正常值就叫“热病”（pyrexia），俗称“发烧”；低于正常值则称为“低体温症”（hypothermia）。人体内部自有一套调节机制，使我们的体温大致保持在正常范围之内，这套机制听命于一个深埋于大脑之中的最高控制中心，那就是下丘脑。这个渺小的器官不仅设置温度，也操纵着各种激素的分泌，由此掌控着大量关键的代谢功能。此外，它还调解着人体内的水、糖和脂肪水平，并且指导激素的释放，从而对我们的各种活动进行抑制或是加强。哈维·库欣（Harvey Cushing）是20世纪初美国的一代名医，他研究了下丘脑和脑垂体的行为，并对下丘脑作了如下描述：
这一小块组织隐藏得很好，几乎只有一个指甲盖那么大，但它的内部却坐落着原始生命的力量之源，负责生长、情绪和繁殖，人类在上面叠加了一个皮层作为抑制，但并不是总能抑制住它。
饮食中的能量维持着我们体内的各种代谢机制，并由此产生热量。人体会通过皮肤排出大约85％的热量，其余的则随着汗水和大小便排出。皮肤是热量出入人体的主要门户，所以我们应该找一找皮肤和下丘脑的关系。从下丘脑到皮肤，其实有着两条重要通路，一条是边缘神经系统，另一条是称为“毛细血管”的小型血管所组成的密集网络。
来自这两条通路的信息进入下丘脑，并在其中负责温度调节的部分汇总。如果信息显示身体太冷，毛细血管就会收缩，从而保存热量；如果身体太热，毛细血管就会扩张。不仅如此，下丘脑还会向汗腺发送激素信号，命令它们将汗液通过毛孔排到皮肤外面。它同时还向大脑皮层发送信号，敦促其改变身体的行为，比如穿衣或者脱衣。当然，库欣所谓的“抑制作用”，这时仍是存在的。在这个过程中，流向下丘脑的血液时刻汇报着身体的调节状况；必要时，血液还会告诉下丘脑应该分泌何种激素以重置体温。看着这个在数百万年中演化而成的系统，我们只能又一次赞叹它的行动是多么高效。
不变的体温
除人类以外，其他哺乳动物和鸟类也能维持恒定的体温，我们和它们统称为“温血动物”。当然，温血动物的体内不是只有血是暖的，温血和冷血的区分也并不总是泾渭分明。生物学家用“恒温动物”（homeotherms）与“变温动物”（poikilotherms）来作区分；其中homo是希腊语的“相同”，poikilos是希腊语的“变化”。鸟类和哺乳类属于恒温动物，它们代谢率高、从体内产生热量、并且具备精密的冷却机制来维持恒定的体温。而除此之外的变温动物就不具备这些机制了。这个区分也有例外，比如有些常温动物也会使体温大幅下降，大家都熟知的冬眠就是一个例子。尽管如此，恒温与变温的区分已经相当精确了。我们由此还会想到： 恒温性是如何演化出来的？恒温性的前提是复杂的脑和精密的控制，在已知的动物物种当中，只有很小一部分采用了这套机能。至于原因是什么，至今没有一个公认的答案，有的只是一系列猜想而已。
恒定体温的出现，似乎正好与一些动物从水中走向陆地的时间重合。在水下生活能够隔绝许多天气的变化。尤其是深水，那里的环境温度是相当稳定的。相比之下，在陆地上栖息的动物在二十四小时之内就能感受到温度的变化。日夜更替、晴雨交加、暴风骤雨，都是它们必须经受的。除此之外，陆地生活还使得许多动物演化出了快速决定复杂事宜的本领。
试想远古的一位人类祖先在非洲大草原上被一头狮子追逐的情景。逃跑时，他的四肢必须协调运动，大脑也必须估算出最佳生存策略： 是继续跑，还是转过身来用原始的木棍战斗？那棵树离我有多远？在被狮子赶上之前爬上去的把握有多大？我的家人又有多大的生存几率？部落的同胞会来帮我吗？我是不是该跳进河里？那样会被鳄鱼抓住吗？脑袋里做着种种盘算的同时，手脚也没有停下，身上不住地流汗，肺部也在用力呼吸。无论人或狮子，脑中的念头和身体的行动都必须同时进行，各种决策汇总起来，从而制定出一条求生的路线。
指导人类思想和行动的中枢是脑，它是由一千亿个彼此连接的神经细胞组成的回路，结构精巧到了极点。和人类一样，狮子的头颅里也有着数量相当的神经细胞。在那里，复杂的化学反应激发着信号的传送与接收，而这些化学反应和各种到达特定器官的激素信号一样，都取决于身体的温度。对于我们这样复杂的动物来说，由于所有的回路都依赖温度，保持恒定的体温（只在特殊情况下略有偏差）就成为了演化上的首选。脑的温度如果发生波动，就会将反应打乱，使之无法按照已经学会的顺序进行。人类、其他哺乳类和鸟类的脑都是演化形成的卓越工具，它们之所以能有这样高超的性能，就是因为它们都处在一个受到保护和控制的环境之中。也有一些较为简单的动物，脑部的结构比我们原始得多，它们利用其他方法获得了最大的生存几率；但是对于我们来说，恒定的体温才是最好的选择。
再看看刚才的例子： 那位一边被狮子追逐一边思考对策的人类祖先，他处在一个关键时刻，他的双腿在努力奔跑，他的双手不能在这时做出爬树的动作；他的鼻子闻到了一头狮子的气味，他的眼睛不能认为那是一块石头；他的头脑也不能在这个当口决定停下来吃点零食——狮子恰恰在动这个脑筋，但是它也要确定自己追逐的是一个人类而不是什么无法消化的东西。人和狮子都想存活并将自己的基因流传下去，想要增加这个几率，就必须在同一时间决定几个事项、完成几种行为，无论决策或动作，都必须灵活、迅速而可靠。一个温度恒定的脑似乎有助于这种机能。
我不是要用这个例子来说明猎食者和猎物之间最基本的相互作用需要一个结构精巧、温度恒定的脑。这显然不是事实。对于人和狮子这样的动物，脑的确能在恒定的温度下发挥最大的效用。但是之所以演化出了这么复杂的脑，原因还在于各种复杂行为，这些行为中的许多都是为了在社会和组织中生存，一旦学会就沿用终身。
人脑之所以保持恒温，也不是人体保持恒温的唯一原因。一般的化学反应总是在温度升高时加快，所以体温设定得越高，体内的反应就越活跃——不过这也有限度。如果多余的热量无法排出，接收的信息又来得太快，系统就会崩溃。在过去几百万年中，人类、其他哺乳动物，当然还有鸟类，都发现了一个共同的规律： 在华氏100度（约摄氏378度）左右，我们的思想和行动是最有效的。
我的一个心理学家朋友告诉我，在遇到动物行为方面的难题时，就想一想动物的性行为。温血动物的体内有着主宰交配、生殖和无数其他行为的激素反应，而它们在温度恒定且较高的时候是最有效的。还有一些巧妙的问题也能从温度的角度予以解答，比如男性的睾丸为什么要放在体外的阴囊中，而不是更加安全的腹腔内？大概是因为略低于98.6度的环境比较适合精子的产生吧。
就算人体真的在温度恒定的时候最为可靠，为什么就偏偏要是98.6度呢？这个问题有一个大概的答案，其中既有演化的原因，也涉及新陈代谢的简单原理。大多数机器的能效都很低下，人体也是如此。一般来说，人体吸收的能量中有超过70％转化成了热量。这些热量需要向周围散发，不然身体就会像超负荷的引擎那样过热、无法正常运行。我们在外界温度比皮肤温度低20至30度时最为舒适，因为这个温差下的热损失率恰到好处，再冷一点，热量就会散发过快，再热一点，就会有太多热量淤积。当天气偏冷，我们就加衣服、盖毯子、肌肉也会做出颤抖的动作；当天气偏热，我们就出汗、摇扇子，只要条件允许就一直待着不动。
人体产生热量的过程精微复杂，它是又一项需要脑部调节的机制。在休息状态下，脑和心、肺、肾等内脏器官产生的热量超过人体总热量的三分之二，虽然它们在体重中所占的比例连十分之一都不到。在运动时，肌肉产生的热量可以增加十倍并占据所有资源。但即使在这样的剧变之下，身体的温度依然是相当稳定的，那些基础的本能反应也依然不会出错。能够做到这点，是因为人体内部在制造更多热量的同时，也在以更快的速度将热量散发到环境中去。
热传递的机制有着复杂的细节，但基本的物理学原理却十分简单： 热量总是从高温物体向低温物体流动。所有物体都会辐射和吸收热量，其中暗色物体的辐射效率较高，亮色物体的辐射效率较低。设想你待在一间砌着石墙的宽敞房间里，如果墙壁的温度低于你的体温，你就觉得凉爽；高于你的体温，你就觉得暖和。
热传导也是同样的道理： 当两个物体互相接触，热量总是从较热的那个向较冷的那个流动。在热辐射和热传导中，热量流动的速度都和两个物体的温差大致成正比——至少在温差不太大的情况下是如此。这个规律在一些旧书中就有提及，比如牛顿的《热量流动的定律》（Law of Heat Flow）。举例来说，你手握一根金属棒，当棒子的温度是华氏78度（约摄氏26度），你流失热量的速度就是棒子在华氏88度（约摄氏31度）时的两倍，这是因为其中的一根棒子和你98.6度的体温相差20度，而另一根仅相差10度。同一个砌着石墙的房间，在华氏58度（约摄氏14度）时感觉要比华氏78度时更冷，也是这个道理。
有人认为，我们的体温之所以定在98.6度，和我们在70度（约摄氏21度）的房间里感到舒适是出于同一个原因。人类出现在略早于两百万年前的非洲局部地区，那几个地区的日平均气温刚好是70度出头。先民们在这样的气温中狩猎采集，他们的代谢过程产生的热量，在体温接近100度时是最容易散发的。你可以算出身体在日常活动中产生热量的速度，也可以算出身体的热量向70多度的环境中散发的速度。这两个速度都取决于体温： 只要简单估算，就会发现这两个速度在98.6度处大致吻合，在这个体温上，身体产生的热量等于发散的热量。后来的人类又扩展了自己对于寒冷天气的耐受能力，一是靠穿戴裘皮，二是靠一门独特的技术——生火。
不过，人的体温之所以维持在98.6度，对气候的适应最多只是一个很小的原因。鸟类和哺乳动物有着各自不同的演化历史，但它们的体温几乎都固定在了这个数值附近。在恒温性的种种理由当中，最主要的是使动物体内一套复杂的化学反应达到最优，好让它们完成生活中的各项复杂活动。
深入撒哈拉
要保持恒定体温，高效的冷却机制和保暖一样重要。既然热量总是从较热的物体向较冷的物体流动，那么我们如果置身于华氏106度（约摄氏41度）的环境之中而缺乏某些调节机制，我们的体温就会不断升高，直至死亡。但实际上，我们却活了下来。我们下面还会说道，甚至在温度更高的撒哈拉沙漠地区，人类依然活得有声有色。
蒸发是其中的关键。即使在寒冷的环境中，蒸发也会将我们在代谢中产生的热量带走约四分之一；如果气温上升，这个比重还会更大。要理解蒸发的散热原理，不妨将我们的体液设想成一个个水池，其中的水分子移动着、撞击着。我们现在知道，水的温度是水分子平均动能的体现。如果有运动较快的水分子从池中逃逸，剩余液体的平均动能就会变低，整个池子的温度也会下降。这就是蒸发能够降温的原理。不过，这个原理只有在液体上方的空气足够干燥时才起作用。如果快速运动的分子由水蒸气重新进入了水池，速度和它们离开时一样快，那么蒸发的降温效应就会消失。
蒸发是一个十分重要的过程，因为水在变为蒸汽时会吸收大量的热。卡路里是热量的单位。将1克水加热1摄氏度，需要的热量正好是1卡；将1克水从摄氏0度加热到摄氏100度，需要的热量正好是100卡。然而，要将摄氏100度的1克水变成相同温度的1克水蒸气，需要的热量却超过500卡。也就是说，将水转化成水蒸气所需的热量，是将水从冰点加热到沸点所需的热量的五倍还多。因此，将身体里的水转化成水蒸气是一种十分有效的降温方法。
那些需要降低体温的动物，自然也运用了这条基本原理，它们从各自的需要出发，发明出了层出不穷的巧妙方法。用蒸发促进冷却的一个法子是扇风，也就是趁运动较快的水分子甫离水面之际就将其吹走，使它们无法重新回到水里。我们在一杯咖啡或者一碗热汤表面吹气，使用的就是这个方法。
当然了，无论什么必需品，人类都会给它加上修饰： 有了功能就要有外观，有了外观又要有装饰。英文的“扇子”（fan）来自拉丁文的vannus，它是已知最早的冷却工具，大英博物馆的一幅浅浮雕上就展示了辛那赫瑞布辛那赫瑞布，古代亚述王国的国王。——译者的仆人用巨大的羽毛扇为他扇风的场面。到今天，那些羽毛早已化为尘土，几根扇柄却保存了下来，那差不多是公元前2000年的文物了。折扇造型优雅，手腕一抖就能开合，它似乎最早出现于日本，后又传入中国。中国人喜欢在特别场合请贵客在折扇上题字、留作纪念。英国女王伊丽莎白一世也在肖像中手执一把硕大的羽扇。到了18世纪，扇子已经成为了风靡欧洲的商品，各大城市都出现了只在扇面上作画的专职画家。当时的扇柄用象牙和珍珠母雕成，上面镶嵌宝石，末端还装有玻璃透镜。正式的舞会上也衍生出了一套用扇子的位置表示不同含义的精致礼节，仿佛铁道上的壁板信号系统。但是无论装饰得多么精巧，扇子依然是最简单的冷却工具，到今天都是如此。
蜜蜂同样采取了这个风扇策略，并以此对蜂巢的温度做精心调节。每到夏天，它们就扇动翅膀引起对流、给蜂巢降温。但是当气温升到华氏80多度（约摄氏27度以上）时，扇风已经不够了。于是它们纷纷飞出蜂巢喝水，返回时再将水吐出，在蜂巢中形成一道道液滴组成的薄幕。这时它们再扇动翅膀，将湿润的空气驱离蜂巢。E·O·威尔逊E·O·威尔逊，美国生物学家，以研究社会性昆虫闻名，著有《社会生物学》等。——译者说起过一个实验： 给蜜蜂无限的水源，它们就能将蜂巢的温度维持在华氏85度（约摄氏29度），虽然外面的气温已经升到了160度（约摄氏71度）。蜜蜂从不进入沙漠，但原因不是高温、而是缺水。
扇风能加速冷却，但冷却的第一步还是要在某个表面上制造液体，好让它蒸发到空气中去。少数袋鼠和一些大鼠能够靠舔舐毛发使自己冷却，因为唾液的蒸发会带走热量，但是应用最广的蒸发技术还是喘气和流汗。
鸟类没有汗腺，还有一些哺乳动物只有少量汗腺，比如狗。它们依靠短促的浅呼吸来使得喉咙的液体蒸发。这种方法颇有一些好处，其中一个是我们不太容易想到的： 它能帮助动物保持头脑冷静。小个子的东非瞪羚在草原上全速奔驰五分钟，产生的热量就会使它们的核心体温从华氏102度（约摄氏39度）上升到略高于110度（约摄氏43度）。血液从110度的身体沿着动脉流向头部，它们脑部的温度却始终比身体低5度以上。它们的脑部之所以能保持冷却，完全是奔跑时的快速呼吸制造的一个附带的好处。从身体向脑部供血的主要血管是颈动脉，它在颅底分成几百支小动脉，在进入脑部之后重新汇合。就在分岔的途中，动脉中的热血被附近喉咙里快速流动的空气所冷却。这个有趣的冷却机制能使逃亡中的瞪羚保持最佳的决策能力。即使身体的其他部位不断加热，它的脑部温度却能大致恒定。可见这种动物的第一要务是维持控制中枢的恒温，而身体的其他部位就有一点变温的自由了。
和出汗相比，喘息还有一个优势： 出汗时，汗水会带走珍贵的盐分，所以才常有人告诫我们大量流汗时要喝下富含矿物质的饮料。而喘息时，唾液中的矿物质是留在体内的。不过，喘息也自有它的缺点，其中之一是需要肌肉的活动，而肌肉的活动本身又会制造热量（快速的浅呼吸对这个问题有所缓解）。没有一个办法是万全的。一切都是动物在漫长的历史中演化出来的适应性行为，目的是使生存的几率达到最大。
多数大型哺乳动物都会出汗，其中的一些尤其明显。就连骆驼也会出汗，只是它们的汗水不容易发觉，因为在沙漠的干燥空气里，水蒸气几乎会立刻蒸发。人类的毛发已经差不多完全丧失，只留下一身裸露的皮肤。这层覆在体表的器官有大约200万个汗腺，分布在全身上下，手掌上最为密集，其他部位则稀疏一些。在下丘脑的调控之下，汗腺分泌出一种略带咸味的液体。这种分泌活动不受意识调控，也不完全由环境激发，压力或紧张也会使人流汗。这是一种效率极高的冷却手段，当人体的代谢增加，产生大量体热时，汗水能够迅速将热量排解出去。当你身着衬衣和长裤前往办公室，出太多汗或许不是什么好事，但是对我们的祖先来说，快速冷却有助于逃生，是有利野外生存的手段。
关于出汗降温的效果还要多说一句，我们在前面也略微提到了： 那些快速运动的水分子，离开体表的必须多于到达体表的。如果外间的空气太潮，那么即使大汗淋漓也起不到蒸发降温的效果。
脱水是另一个问题。虽然自己并不知觉，但我们一天平均要产生1夸脱（约09升）左右的汗水；根据天气和运动量的变化，这个数字可能下跌到接近于零，也可以上升到4加仑（约15升）之多。当流失的汗液接近这个上限时，我们就会陷入严重脱水的险境，可能需要静脉补液才能转危为安。
菲利普·莫里森（Philip Morrison）菲利普·莫里森，美国物理学家，曾参加曼哈顿计划。——译者曾经为《科学美国人》杂志写过一系列评论文章，其中的一篇介绍了流汗与扇风的功效，他举的例子是那些体力最强的运动员——环法自行车赛的选手。莫里森讲述了五次夺得这项赛事冠军的艾迪·莫克斯在实验中骑健身脚踏车的表现： 这位日复一日在山丘上攀爬、一次能骑行六小时的铁人，只在无风的健身房内骑了一小时，就瘫倒在了一汪汗水之中。这是怎么回事？莫里森做了一番计算。
为了获得必需的能量，自行车手一天的饮食相当于普通人的八餐，因为在赛车时一小时就要烧掉约1000千卡热量，是坐在办公桌前的十倍之多。（注： 1千卡等于1000卡路里，相当于将1千克水升高1摄氏度的热量。严格来说，这1千克水应该在摄氏15度。近来有人用相应的机械功对1千卡作了更加严格的定义。）
在为时二十二天的环法赛事中，车手的体重不增不减，那么摄入的能量到哪里去了呢？其中只有约25％转化成了机械功，用来克服空气阻力、推进赛车和车手，另外75％都转化成身体的热量散发掉了。由于热量实在太多，车手每天要通过皮肤蒸发10夸脱水分（约9升），才能保持恒定的体温。这不仅需要车手不断饮水，还需要有持续的劲风帮助蒸发，而每小时25英里（约40公里）的车速正好创造了这股劲风。如果没有风，蒸汽压就会饱和，使得水分无从蒸发，热量堆积起来。于是，能够全速骑行八小时的艾迪·莫克斯，只在健身脚踏车上坚持了六十分钟就筋疲力尽了。这一点，凡是在健身房里练过动感单车的人想必都能体会。
在气温超过华氏130度（约摄氏54度）的撒哈拉沙漠，蒸发降温同样是生存的关键。沙漠的空气十分干燥，因此无需担心蒸汽压饱和的问题。一个人即使坐在枣树的阴影下给自己轻轻扇风，一天也会流失2加仑（约76升）体液；只要稍事运动，一天就会流失4加仑（约15升）水分；剧烈运动是绝对不行的。而且，流失的水分必须不断补充，否则就会脱水。在流失的水分达到1品脱（约047升）时，脱水的症状开始出现；达到1加仑（约38升）时，人会开始疲惫发烧。流失2加仑（约76升）水，人开始头晕目眩、呼吸困难。到3加仑（约114升）时已经无法挽救，除非立刻就医、静脉滴注。如果水分没有得到补充，在撒哈拉的夏日行走一天就能致人死亡。
尽管如此，人类却仍然在沙漠中成功地生活着。几乎每一个人都能对这种炎热干燥的气候产生适应，只要在五到十天的时间里逐渐接触高温，每天体验一两个小时就行了。这实际上是在训练身体出更多汗。正如生理学家兼动物体温专家卡尔·吉索尔菲（Carl Gisolfi）和弗朗西斯科·莫拉（Francisco Mora）所说：“这或许是人类能够做到的最惊人的生理适应，而它的一个重要原因就是人类汗腺的演化。”
在沙漠中，不仅汗液的总量有所增加，汗水本身的盐度也降低了。这个变化有两个好处，一是减少钠、钾和其他矿物质的流失，以保证身体的正常运作；二是加强口渴的感觉，使人大量饮水。而饮水越多，蒸发就越多，身体也随之愈加凉爽。
在沙漠中奋力求生的人还有一位帮手，那是一种独特的动物，它能在十分钟内饮下近30加仑（约114升）水，并将水分储藏到身体各处。这种动物当然就是适应沙漠生活的杰出典范——骆驼。骆驼用身体储藏水分，它可以两个礼拜不饮水，只靠体内的水源就能存活。它还掌握了一系列节水措施，比如它的尿液和粪便中都绝少水分，它平常会紧闭嘴唇，并将鼻孔缩成两条狭线。不过，这种神奇的动物最出众的本领，还是根据体内水分的多少来调节体温。一头喝饱水的骆驼会将体温维持在华氏97度至100度之间（约摄氏36度至38度），并靠蒸发来冷却身体。但是如果体内水分较少，它又会将体温移动到另一个范围，在夜间直降到93度（约摄氏31度），到了白天最热的时候再上升为106度（约摄氏41度）。在日光下升高体温能减少冷却身体需要蒸发的水分，到了夜里，再靠较低的气温将白天积累的热量尽量散去。骆驼本来是一种喜欢体温保持恒定的动物，但是在压力之下，它也适应了新的环境。
聪明的沙漠旅行者发现，蒸发还能使他们携带的用水保持凉爽。蒸发在沙漠气候中创造的奇迹没有逃过本杰明·富兰克林的眼睛，这个人似乎对世间万物的原理都怀有兴趣，无论是政府还是避雷针，蒸发的奥秘当然也在他的研究范围之内。当年在英格兰维护北美殖民者的利益时，富兰克林（我执教的大学恰好也是他创立的）富兰克林创立了宾夕法尼亚大学的前身。——译者开展了一项实验： 他将一支温度计用乙醚蘸湿，然后用风箱对它吹气，直到温度计的末端结起了一层薄薄的冰。1758年6月17日，他在给友人约翰·利宁（John Lining）的信中描述了自己的几个实验，顺便对沙漠旅行者已经掌握的知识思索了一番： 从这个实验中，我们可以看到一个人在温暖的夏日冰冻而死的可能： 只要他站在一条疾风吹拂的道路上、并且频频往身上涂抹乙醚就行了。乙醚是一种比白兰地或其他常见的酒类都更容易燃烧的液体。一直到过去这几年里，欧洲的哲学家才似乎了解了它所蕴含的自然之力，并知道了蒸发可以用来冷却身体。而东方人早就明白了这个原理。一位朋友告诉我说，伯尼尔在近一百年前写出的《印度斯坦游记》里，有一段提到了旅人在酷热的天气穿越干旱沙漠的一个窍门： 他们用长颈瓶装水，并在瓶身周围裹上蘸水的羊毛，挂在骆驼的背阴面。富兰克林接着又想到了自己在费城夏日100多度（约摄氏38度以上）的天气里耐受高温的能力（那样的日子我在费城也领教过不少，所以我对他的看法格外有兴趣）。他总结道，蒸发造成的冷却一定产生了作用，用他自己的话来说： 我认为一具死尸的温度会渐渐和空气相同，而活人因为不断出汗、汗水不断蒸发，反而能保持凉爽。
同样的道理，每到收获季节，宾夕法尼亚的农民都会冒着晴朗炎热的阳光，在开阔的田野里收割庄稼。他们的工作得心应手，只要不断出汗，炎热就不会有多少妨害，而他们也确实有法子使自己不断出汗。他们不时喝下一种淡淡的酒，那是混合了朗姆洒的水，很容易蒸发。然而汗水一旦停止，他们就会倒下，如果不能继续流汗，有的人还会当场死亡。我还要补充一句： 富兰克林是个讲求实际的人，自然也对冷天里怎么保暖很感兴趣。富兰克林火炉就证明了这一点。
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