同学们，大家好。我是中科院物理所的研究员杨义峰。今天由我给大家讲热学的内容。我们第一讲的名称叫做“热的历史与热力学第零定律”。
相信大家都对力学和热学的内容已经有所了解，也会感觉到热学与力学之间的不同。在力学中，我们从牛顿力学出发，通过求解牛顿方程，可以研究一个物体或者一个小球它的位置和它的速度随着时间的演化。但是在热学中，我们不研究一个物体的时间演化，相反，我们研究一个物体它的各个不同属性之间的相互关系。
热力学大佬威廉·汤姆逊，也就是开尔文。爱因斯坦与热力学。爱因斯坦就对热学有着非常高的评价。大家都知爱因斯坦的主要工作是相对论——狭义相对论和广义相对论。在1905年——我们称为“爱因斯坦奇迹年”——在这一年他发表了5篇文章，奠定了相对论、量子力学、布朗运动的基础。但是很少为人所知的是，在之前的5年，从1900年到1904年呢，爱因斯坦每年也要发表一篇文章。
所以爱因斯坦说：“经典热力学是唯一具有普适内容的物理学理论”，他深信在其基本概念可以适用的范围内，永远不会被推翻。
下面我们就具体来讲热学的内容。热学，顾名思义就是关于热现象的科学。那么热现象在我们的身边无处不在，比如我们在冬天的时候会感觉冷，在夏天的时候会感觉热。我们的体温是在36.5度左右，如果高于37度，我们就会感到发热；如果高于40度，我们的生命就遇到危险。
我们的先民也在不断地接触这些热现象的过程中，认识到了这些热现象的一些规律。我们知道在古希腊有普罗米修斯盗火，那么在中国我们有燧人氏钻木取火——这些都是对热现象的认识和应用。在漫长的人类历史上，我们通过对热现象的观察，也总结了很多的经验和规律。
但是要把这些关于热的经验的内容上升为一门科学还需要一个契机。这个契机是与一个伟大的物理学家相联系的，这个物理学家就是伽利略，把热的经验上升为科学，是从伽利略开始的。
大家在学习热学的过程中应该对伽利略有所了解，知道伽利略他很多的著名的思想实验，比如说比萨斜塔实验，同样伽利略也把惯性引入了力学。伽利略在实验上也做出了杰出的贡献，他改进了望远镜，第一次观察到了月亮上的陨石坑。在我们热学的历史上，伽利略发明了第一个温度计，可以对一个物体的冷热程度进行测量。
我们今天在日常生活中常用的就是所谓的水银温度计。
如果我们来看水银温度计的话，我们就可以看到水银温度计它主要的构成是两个部分：第一个部分是下面有一个水银泡，里面装满了水银，我们在测温的时候，把水银泡和我们的身体相接触，这样的话水银泡它就会感受到我们身体的温度，就会根据水银泡本身的热胀冷缩现象，它外面的水银柱的长度会发生变化；第二部分就是水银温度计上面水银柱外的刻度，这个刻度根据水银柱的长度、位置来告诉我们要测量的物体的温度。
温度计和温标就为我们对热现象的冷热程度的测量提供了一个定量的方式，温度计和温标为定量研究热现象提供了可能。这样一来，我们就可以对各种现象它的温度进行一个定量的研究。
在18世纪早期，就有一位荷兰的科学家布尔哈夫对这个问题进行了定量的研究，他就发现“当我们把等体积的20℃的水和80℃的水混合在一块的时候，它最终温水的温度恰好是50℃”这样一个事情。我们仔细地来考虑一下。
我们把热水的温度80℃和冷水的温度20℃把它给加在一块恰好是100℃。那么后面的两杯温水，它恰好是两份，那么50再加50还是100——也就意味着说，在混合之前两杯水的温度的和，就等于混合后的同样是两份的水的温度之和。
这个问题一直到了20年后，在1755年由一个叫布莱克的英国科学家所解决。布莱克就继承了他老师的工作，他们就研究了冰和水之间的混合，他就发现一个很有意思的现象就是将0℃的冰和等质量差不多接近80℃的水混合起来，他们又会发现冰会全部转化为水，但是混合的水的温度仍然是0℃。这个现象就非常有意思，它就告诉大家，冰在熔化的过程中虽然它的温度可以保持不变，但是它仍然会吸收热量，这样它所吸收的热量就被叫做潜热。
20世纪初期，当人们回顾这段历史，试图把热力学建成一个公理化的框架的时候，人们就发现正是温度的概念构成了热力学整个大厦的基础。所以在1931年，科学家就提出了所谓的“热力学第零定律”——如果两个热力学系统都与第三个系统处于热平衡，则这两个系统也必然处于热平衡。
所以爱因斯坦说，一个理论如果它的前提越简单，并且能够说明的各种类型的问题越多，它就会给人越加深刻的印象。正是因为这样，热力学给爱因斯坦留下了非常深刻的印象。所以爱因斯坦他就认为热力学它是唯一一个具有普适性内容的物理学理论，因此在热力学的基本概念可以适用的范围内，永远不会被推翻。