  一个完整的科学理论体系包括：概念、原理、描述、判断、推理、定理/定律。一切科学理论的起点首先是概念，我们的学习也是按照这个顺序来的。概念大多数时候来源于我们的日常生活或者自然界，例如科学上的七个最基本物理量：长度、质量、时间、电流等等，还有力、加速度等重要的的物理量。学习热力学，我们首先要理解一个概念：温度。 温度到底是什么？我相信大多数人都至少可以回答上这一点，温度就是对物体冷热程度的量度。我们日常生活中经常用到温度这个概念，例如天气预报、体温、水温等等。我们说热，就是温度相对比较高；冷的话，就是温度相对比较低。但是在科学上，这样的认识还不够。科学家经过不断的探索，终于认识到了温度的本质是什么，温度即分子永不停息的运动。 终于我们的世界打开了一个新的世界，我们从宏观的世界进入了微观的世界。这是一个很重要的分水岭。回想我们之前所有的学习，我们发现它们都是宏观世界的知识。直白的说，就是都肉眼可见的。从今天起，我们的世界变大了，我们要深入到我们肉眼看不见的自然世界。以后要学习的电动力学、量子力学也更多是关于微观世界的科学规律。我们会慢慢体验到微观世界比我们宏观世界丰富的多，而且很多科学规律相当奇特。  早在古希腊时期，德谟克里特就探讨了物质结构的问题，提出了原子论的思想。他认为万物的本源是原子和虚空，原子是一种最后的不可分割的物质微粒。因为亚里士多德思想的巨大影响力，德谟克里特的思想并不被认可。后来，牛顿在探索光学时，提出了光的微粒说，但是也没有真正涉及物质结构的问题。直到英国科学家道尔顿的出现，第一次把原子论从思想推测转变为科学概念。因此，道尔顿也被称为“近代原子论之父”。道尔顿的原子论认为： （1）化学元素由不可分的微粒——原子构成，他认为原子在一切化学变化中是不可再分的最小单位。 （2）同种元素的原子性质和质量都相同，不同元素原子的性质和质量各不相同，原子质量是元素基本特征之一。 （3）不同元素化合时，原子以简单整数比结合。推导并用实验证明倍比定律。如果一种元素的质量固定时，那么另一元素在各种化合物中的质量一定成简单整数比。 我们可以从道尔顿的理论中学到什么呢？（1）和德谟克里特的思想观点一致，原子是一种不可再分的物质微粒；（2）化学元素由原子构成，同种元素的原子的性质相同（质量并不相同）；（3）化学反应就是各种原子的重新组合。原子的概念有多重要？费曼曾经说过一句话：“有一天人类文明都没有了，如果可以向世界留下最后一句话，那么这句话就是——一切物质都是由原子构成的。”后来统计力学的所有理论就建立在原子论之上。所谓统计力学就是用数学统计学的方法来研究分子的热运动。  尽管道尔顿的原子论已经是一种科学概念了，但是它的根基依然不稳，19世纪的很多科学家不相信或者不承认原子论的真实存在。这也导致一个特别严重的问题，就是以原子论为基础所建立的统计力学是不是根本就不存在或者压根是错误的？关于这个问题，引发了一场那个时代的世纪大战——玻尔兹曼与奥斯特瓦尔德之间发生的“原子论”和“唯能论”的争论。奥斯特瓦尔德一派坚决不承认“原子”的真实存在，玻尔兹曼一个人孤军奋战与反对派辩论。玻尔兹曼与不同意见者的斗争，一定程度上损害了他的生理和心理健康，最终导致了玻尔兹曼的自杀。玻尔兹曼曾经这样写道： “如果对于气体理论的一时不喜欢而把它埋没，对科学将是一个悲剧；例如：由于牛顿的权威而使波动理论受到的待遇就是一个教训。我意识到我只是一个软弱无力的与时代潮流抗争的个人，但仍在力所能及的范围内做出贡献，使得一旦气体理论复苏，不需要重新发现许多东西。” 不过最后的胜利属于这位天才的物理学家玻尔兹曼。这次争论还带来了一个学术界熟知，但绝非是无可争议的“普朗克定律”。普朗克曾经这样说的：“一个新的科学真理照例不能用说服对手，等他们表示意见说'得益匪浅’这个办法来实行。恰恰相反，只能是等到对手们渐渐死亡，使得新的一代开始熟悉真理时才能贯彻。”大多数时候，一个新的科学真理的胜出，往往不是因为反对者接受了，而是反对者死掉了，新的一代成长起来接受了新的科学真理。  说了这么多，原子是一个很重要的概念。越往后学习，你越会体验深刻。道尔顿的原子论划分了两个不同的时代——宏观世界理论和微观世界的理论。以原子论为基础，麦克斯韦、玻尔兹曼、吉布斯建立起了统计力学。后来20世纪的实验物理学家通过实验一步步敲开了真实的原子世界的大门，直接导致了量子力学的建立。我们在这里也可以看到，科学的发展往往是这样的两个时期，前期是各种素材的积累，后期才是统一理论的建立。我们现在正好处在一个素材积累的时代。 如果你想要对原子有更多的了解，建议可以学习化学和原子物理。对原子已经有所了解，我们回到温度是什么的问题上。众所周知，温度是量度冷热程度的。所谓的热其实是一种能量，叫做物体的热量或者热能。由上节课我们知道了，物质的能量就是物质运动转换的量度，那么热量也就是物质运动的一种表现，被称为热运动。热运动越剧烈，它所具有的热能越大。而热能越大，物体的温度就越高。所以，温度其实就是无数微观粒子的热运动平均能量的量度。 热力学第三定律是这样说的：绝对零度不可达到。 热力学第三定律也叫做能斯特定律，是德国科学家能斯特首先发现的。这里的绝对零度是指热力学温度的零度。热力学第三定律告诉了我们什么？温度即分子永不停息的运动。运动不灭，那么温度永远不可能达到零度。热力学第三定律还有其他的表述形式，与熵有关系，我们这里不涉及。对热力学做这样的解读，我很可能是第一人。 我希望通过这篇文章，你能知道这些知识：（1）温度是什么？温度就是微观粒子永不停息的热运动的平均能量；（2）热力学第三定律告诉了我们什么？绝对零度永远不可达到；（3）强化运动不灭的认识，一切物质都在做永不停息的运动；（4）一切物质都是由原子构成的。 |
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