溫度的本質是什麼？人觸摸物體時是如何感受到物體的溫度的？

知識 07-05

要想理解溫度的概念，應該先拋掉我們在日常生活中由對冷暖的感知而獲得的對溫度的理解。

從純粹物理的角度來說，溫度是一個統計意義上的概念，它是一個系統中全部分子的平均動能（平均動能和溫度之間只差一個常係數）。溫度越高（平均動能越大），系統內部就越「熱鬧」。

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圖1. 溫度是系統成分的平均動能。

既然溫度是系統的「平均動能」，那麼這個系統不管是一個分子，還是1023個分子；是微波背景（空間中瀰漫的電磁波），還是黑洞——只要其成分具有動能，我們都可以定義出它的「溫度」。只不過對於成分較少的系統，例如只有幾個分子的系統，定義溫度的概念是沒有太大意義的；只有當我們需要在統計意義上研究系統時，溫度的概念才有必要性。

從這個角度來理解熱力學第三定律的「絕對零度不可達到」，其實直白了說就是，在物理現實中一個系統的平均動能不可能等於零。

上面這些是從微觀角度來考慮的，但在我們日常應用中不可能把所有分子的動能都加起來然後平均一下來算一杯水的溫度。那怎麼辦呢？就像量一張桌子需要一把尺子一樣，我們也需要一把測溫的「尺子」。以我們熟知的攝氏溫標為例吧，這把溫度標尺的定義是：在標準大氣壓下，把（例如）水銀柱放在水中，選水的冰點時（嚴格來說，應該是純水的三相點）水銀柱的高度為0度，沸點時的高度為100度，等分100份，每等份為1度。其他（像華氏溫標、熱力學溫標）的定義都與之類似，建立任何一種溫度的「尺子」，都需要三個要素：測溫物質（水銀）、測溫屬性（水銀的膨脹）、固定標準點（水的冰點和沸點）。

當考慮到我們對溫度的感覺時情況就變得比較複雜了，因為「冷」、「暖」只是我們的感覺經驗，而我們的感覺經驗受很多因素的影響。例如皮膚表層有沒有神經細胞、神經細胞的密度、細胞興奮的時間、不同神經細胞感知到的溫差、空氣濕度、風速等。對於前幾種在此不再討論，詳細內容可以查看心理學的相關知識，這裡只說後兩種。

風速會影響與人體皮膚接觸到的空氣量。當風速增加時，與人體所接觸的空氣會增加，其所帶走或帶來的熱量相應地增加，這現象便是「風寒指數」。如圖所示，當風速達到20m/s時，空氣溫度為4度，但我們的感覺卻在零下。所以夏季微風會更涼爽（要確保空氣溫度低於你的體溫，否則會相反）。