从“质能统一性”谈热量的产生

越接近自然的，越原始的事物，反而越难研究。人类之所以区别于动物，其中一个重要的观点就是对火的运用。人类从茹毛饮血的原始部落，发展到如今高度文明的社会，火的作用毋庸赘言。若深究其理，我们用火取热，用热发电，用热驱动汽车，甚至用热制冷等等，这些都要归功于火带来的所谓的“热量”。

然而，要想较为透彻地说清楚我们平时，司空见惯的“热量”的产生和起源，其实并不容易。这可能是由于热学本身区别其他学科的特殊性，也可能是因为其本身知识体系的庞杂性；想要三言两语将热量讲清楚，既不失专业，又通俗易懂，绝非易事。

关于热本质的讨论

很早以前，人们对热现象本质就爆发了“热质说”与“热动说”的争论，热质说认为热是一种没有质量的物质，如果物体获得热质，温度就会升高，失去则会变冷。虽然该学说可以解释一些现象，但是现在我们知道热质说是错误且局限的。而“热动说”作为另一种解释热现象的学说认为，热不是物质，而是一种运动现象。微观上热是分子或原子震动所产生的能量，那么从宏观表象中，热量是可以传递的。随着争论的尘埃落定，“热动说”最终获胜。“热动说”这个词也逐渐被“热力学”所取代。

关于热学的新理论

中国科学院院士，清华大学工程力学系博士生导师，过增元教授及其团队，根据爱因斯坦狭义相对论中的质能方程：

开创性地提出了“热质”理论。即能量除以光速的平方，就是热能当量的质量，也就是“热质”。这样就可以确定热量的当量质量。该理论也称热量的“能质二象”性理论，也称为“动质二象”性学说。这里的“动质”，指的是物质运动时的质量。该理论指出“热”具有能量和质量的双重属性。

也就是说，所有形式的能量，包括热量，必须看作是拥有惯性和质量的。热的传递是有“惯性”的，即Inertia。可以说，一种事物若具有物理上的惯性，那就须要该事物本身具有质量，因为我们都知道，质量乃是惯性的一种描述和表征。在现代物理学的概念里面，“质”和“能”本身就是统一的，所以该理论又称为：“能质二象”说。

那么根据这样的新理论，热量就可以看作是有质量的流体在物体里面流动和传递。从这个角度看，历史上的热动说与热质说之间的矛盾似乎就可以化解掉了。

注意，以上的叙述是在强调能量与质量的统一性。

关于热量的起源

一般意义上，热量可以认为是，当物质系统状态发生变化时，系统向外界传递的能量，热量发生在传递过程中，以体现能量传递的多少，是过程量。当然，物质系统发生状态变化对外还可能表现为功。所以我们通常说，热量属于一种能量。

既然热量属于能量的一种。探讨热量的产生，就须要研究一下能量的起源。

1、从光谱红移推断宇宙起源。

当一列鸣笛的火车向站台上的你驶来，你会听见笛声变得尖锐，如果笛声长鸣，当火车经过站台离你而去，你则会听见汽笛的声音变的低沉。同一个耳朵，同一个汽笛，相同的进站速度，你听到的声音的频率是不一样的。向你走来的声源频率会增高，波长会变短；离你而去的声源频率会降低，波长会变长，这就是物理学上的多普勒效应（Dopoler Effect）。

美国天文学家哈勃经过长期观察，发现地球上接收到既定星体的辐射光谱正在逐步向长波方向移动。由于可见光光谱中红光的波长较长，人们借用了这个事实，将星体辐射光的光谱向长波方向移动的现象称为“宇宙红移”，或者“光谱红移”。通过哈勃的观察和结论，人们了解到，宇宙正在膨胀，于是普遍接受了“宇宙大爆炸”理论；认为宇宙的起源来自一次巨大的爆炸。

2、物质与能量诞生的同源性。

就是这个始于一个奇点的爆炸，产生了非常微小的微观粒子，之后在宇宙演化变迁过程中，又逐渐形成了中子、质子和电子等这样的基本粒子，再后来又形成了原子和分子，最终形成物质。

这其实也是物质的产生过程，还记得上文提到的“质”和“能”统一的公认理论吗？于是我们说，有了物质就有了质量，有了质量，当然就产生了能量。

大道至简，热量是一种能量，能量则伴随着物质一同诞生，这也许就是热量产生的一种解释吧。

参考文献：

姜洪舟，田道全，编著《无机非金属材料热工基础》，武汉理工大学出版社。

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