CC BY
0История измерения и понимания температуры в древнем Китае
Чжан Сычэн, Хоу Яньу
В данной статье рассматривается историческое развитие понимания и измерения температуры в древнем Китае. Исследуются различные методы определения температуры, от простых наблюдений за природными явлениями до создания первых измерительных приборов. Особое внимание уделяется использованию температуры человеческого тела как эталона измерения, применению льда для определения температурных изменений, а также развитию технологий контроля высоких температур в металлургии и керамическом производстве.
Ключевые слова: температура, древний Китай, термометрия, ледяной сосуд, теплофизика, традиционные измерения, температура тела, металлургия, керамическое производство, тепловые явления
History of Temperature Measurement and Understanding
in Ancient China
Zhang Sicheng, Hou Yanwu
In this article, the historical development of understanding and measuring temperature in ancient China is examined. Various methods of determining temperature are investigated, from simple observations of natural phenomena to the creation of the first measuring instruments. Special attention is paid to the use of human body temperature as a measurement standard, the use of ice for determining temperature changes, as well as the development of high-temperature control technologies in metallurgy and ceramic production.
Keywords: temperature, ancient China, thermometry, ice vessel, thermal physics, traditional measurements, body temperature, metallurgy, ceramic production, and thermal phenomena.
Температура - это числовое выражение степени тепла или холода, и её измерение было первой важной задачей в изучении теплофизики. В древности люди не могли измерять температуру в истинно научном смысле и могли полагаться только на свои непосредственные ощущения. Однако уже более двух тысяч лет назад люди освоили две относительно постоянные температурные точки отсчёта: точку замерзания воды и температуру человеческого тела. Имея эти две точки для сравнения, понимание температуры стало более конкретным. В "Хуайнань-цзы" говорится: "Находясь в тени дворца, можно понять порядок солнца и луны; видя лёд в кувшине, можно узнать о холоде и тепле всей Поднебесной". В "Люй-ши чуньцю" также сказано: "Наблюдая за тенью в зале, можно понять движение солнца и луны, изменения инь и ян; видя лёд в сосуде, можно узнать о холоде в мире и о том, как рыбы и черепахи прячутся". Из этих двух записей видно, что уже в период Весен и Осеней и Сражающихся царств люди широко использовали наблюдения за таянием льда или замерзанием воды в сосудах для определения изменений температуры воздуха. В определённом смысле это можно считать самой ранней формой термометра. Использование температуры тела как стандарта для измерения температуры впервые упоминается в "Ци минь яо шу" Цзя Сысе периода Северных и Южных династий (конец V - середина VI века). В разделе о "приготовлении творога" говорится, что температура должна быть "немного теплее человеческого тела, это самое подходящее". В разделе о "приготовлении соевых продуктов" также упоминается: "как правило, температура должна быть как под мышкой" и "проверяйте температуру бобовой массы рукой: она должна быть такой же тёплой, как под мышкой". Температура подмышечной впадины - одна из самых стабильных в человеческом теле, и понимание этого в то время было весьма примечательным. Люди заметили, что температура человеческого тела почти постоянна, как и у других высших животных.
Знаменитый поэт династии Сун Су Ши (1037-1101) написал в своём стихотворении "Весенний пейзаж на реке": "За бамбуком цветут две-три ветки персика, утки первыми
чувствуют, что речная вода потеплела". Строка "утки первыми знают о потеплении весенней воды" как раз говорит о том, что когда весенняя вода становится теплее, утки, благодаря своей постоянной температуре тела, первыми это замечают.
Что касается настоящих термометров, их собственное производство в Китае началось довольно поздно. Согласно записям в "Юй чу синь чжи", ранний учёный династии Цин Хуан Лучжуан до 1683 года создал "прибор для проверки холода и тепла", который "мог определять пустоту и полноту, различать климатические условия". Это, вероятно, был своего рода воздушный термометр. Позже Хуан Чао (вторая половина XVIII - первая половина XIX века) и его дочь Хуан Лу также создавали термометры. Всё это появилось после изобретения термометра Галилеем (1564-1612) и было под влиянием западной науки.
Технология высоких температур в древнем Китае была довольно передовой. В "Мо-цзы" уже обсуждалось исследование огня и тепла. В "Нижнем каноне" говорится: "Огонь горячий. Объяснение в накоплении". В "Объяснении Нижнего канона" далее поясняется: "Огонь означает 'огонь горячий', но не то, что огонь делает нас горячими. Как смотреть на солнце". Смысл этих двух отрывков в том, что тепловые свойства огня сконцентрированы в самом огне, и температура огненного тела постепенно повышается.
В "Као гун цзи" более подробно обсуждается связь между цветом огня и температурой: "При литье бронзы, когда медь смешивается с оловом, сначала исчезает чёрный мутный пар, затем жёлтый и белый; после исчезновения жёлтого и белого пара появляется сине-белый; когда исчезает сине-белый пар, остаётся синий - тогда можно отливать". Согласно современной науке, это описание точно. Последовательность изменения цвета пламени связана со спектром излучения атомов металла в газовой фазе бронзового сплава и с фоном излучения чёрного тела. Газообразные атомы примеси цинка при высокой температуре сгорают с образованием белого оксида цинка, который является основным компонентом белого дыма. При температуре около 1200°С цинк полностью испаряется, поэтому белый дым
исчезает. К этому времени температура печи достаточно высока для литья.
Даосские алхимики в своей практике освоили различные методы нагрева, такие как томление, варка, плавление, ковка и прокаливание. Контроль температуры был важнейшим этапом в алхимии. Поэтому Гэ Хун (283-363 гг.) в своей книге "Баопу-цзы" неоднократно обсуждал меры по контролю температуры. К эпохе Мин технология контроля температуры в производстве стала весьма зрелой. Сун Инсин в разделе о керамике "Тянь гун кай у" пишет о технологии изготовления кирпича: "Есть печи на дровах и на угле. При использовании дров пламя сине-чёрное, при использовании угля - белое. В дровяных печах в верхней части делают три отверстия для выхода дыма. Когда огонь достаточен, прекращают подачу дров, замазывают отверстия глиной и затем используют воду для охлаждения. Если температура на один лян ниже нормы, глазурь не будет блестящей. Если на три ляна ниже, получится 'недожжённый кирпич', проявится исходный цвет, и после морозов и снега он разрушится, вернувшись в состояние земли. Если температура на один лян выше нормы, на поверхности кирпича появятся трещины. Если на три ляна выше, кирпич деформируется, покроется трещинами, станет хрупким как бумага и непригодным к использованию". Здесь "лян" используется для измерения температуры обжига.
Распространение тепла - одна из важных тем в теплофизике. Древний Китай обладал богатыми знаниями в этой области. Ещё во времена династии Шан-Инь люди использовали способность металлов проводить тепло, изготавливая различные бронзовые сосуды для подогрева вина, такие как бе (читается "цзя") и хэ (читается "хэ"). К периоду династии Чжоу люди уже знали, как использовать лёд для хранения продуктов и строили "ледяные комнаты". "Лин жэнь" (ледовый чиновник) в "Чжоу ли" был специальным чиновником, отвечающим за лёд. Ван Чун (27-97 гг.) династии Хань, человек обширных познаний, имел весьма проницательные взгляды на теплофизику. В "Лунь хэн" он отмечает: "Если зажечь один факел или нагревать котёл воды, за целый день не получится сильного жара; если по-
ложить кусок льда на кухне, за всю ночь не станет холодно. Почему? Потому что малое воздействие не может повлиять на большое". Он понимал, что тепло может передаваться, но до определённого предела температура не будет меняться. Почему? "Малое воздействие не может повлиять на большое" - фактически это описание теплового равновесия. Как распространяется тепло? В главе "О холоде и тепле" он пишет: "Рядом с водой холодно, рядом с огнём тепло, чем дальше, тем меньше. Почему? Потому что воздействие ци различается в зависимости от расстояния". Здесь явно описывается излучение и распространение тепла, а носителем этого процесса Ван Чун называет "ци". Он уже понимал, что вокруг источника тепла температура распределяется неравномерно: ближе к источнику температура выше, дальше - ниже. Это соответствует действительности.
На основе принципов распространения тепла люди разработали термоизоляционные устройства, самым замечательным из которых был "древний сосуд из Иян". Это устройство описано в "И цзянь чжи" Хун Мая (1123-1202) династии Южная Сун: "Некто Чжан Юйцин, потомок Чжан Цисяня, жил в посёлке Сяошуй уезда Иян. Он нашёл в земле древний керамический сосуд. Цвет его был очень чёрный, и он очень его ценил. Поставил в кабинете для цветов, и однажды зимой в сильный мороз забыл вылить воду, думал, что она замёрзнет и сосуд треснет. На следующий день посмотрел - вода во всех других сосудах замёрзла, только в этом нет. Удивился этому, попробовал налить горячую воду - целый день не остывала. Однажды Чжан поехал с гостями за город, взял сосуд с собой, налил воды и заварил чай - вода была как только что вскипячённая. С тех пор узнал о его особенности и очень берёг, но потом пьяный слуга разбил его. Посмотрели внутрь - как обычный глиняный сосуд, только двойное дно толщиной в два цуня. Были там искусные рисунки, как будто выжженные демоническим огнём. Никто не мог определить, какого времени эта вещь". Это фактически был самый ранний термос, причина его теплоизоляции заключалась в двойном дне с воздушным слоем в два цуня, что препятствовало теплопроводности. Этот сосуд уже во времена Южной Сун
был археологической находкой, и даже тогда люди не знали, когда он был сделан - видимо, очень древний. Фан Ич-жи (1611-1671) династии Мин также очень тщательно наблюдал за распространением тепла. В "Физических заметках" он пишет: "Если летом обернуть лёд толстой ватой, даже на солнце не растает, только от ветра начнёт таять". Это метод предотвращения теплового излучения для сохранения низкой температуры, который используется до сих пор. В "Физических заметках" также записано: "Если воткнуть иглу в землю, то когда выпадет снег, он растает только в этом месте" - причина, конечно, в том, что игла хорошо проводит тепло.
Китайцы обнаружили очень рано, что температура тела человека остается постоянной. Поэтому древние люди всегда использовали нормальную температуру тела в качестве стандартной температуры, то есть современная температура 37 градусов Цельсия, чтобы определить, высокая или низкая температура поверхности тела, что в традиционной китайской медицине называется "жар" и "озноб".
Случай диагностики заболеваний был записан в самом раннем классическом труде по китайской медицине "Хуан-ди Нэйцзин". Например, было записано: "Если чи горячий, это называется болезнью тепла, если чи не горячий, а пульс скользкий, это называется болезнью ветра". Чи горячий и чи не горячий указывают на наличие лихорадки и ее отсутствие.
Чи - один из четырех пульсов на запястье, который вместе с цунь и гуань образует цунь-гуань-чи, обязательные точки для измерения пульса в традиционной китайской медицине. Поскольку человек измеряет температуру и пульс, "пальпация" считается одним из четырех методов диагностики в китайской медицине: "осмотр, аускультация и обоняние, опрос и пальпация". Эти четыре метода были созданы древним врачом Бянь Цюэ, который жил в период Сражающихся царств. Таким образом, можно утверждать, что уже к доциньскому периоду китайская медицина имела систематический метод измерения температуры тела и диагностики заболеваний на его основе.
В современной медицине для измерения температуры тела часто используется "подмышечный метод", который можно найти в многочисленных записях периода Южных и Северных династий. В то время древние люди действительно полностью осознали этот особый "термометр" и применяли его в производстве соевых бобов, сыра, разведении шелкопряда и других технологиях.
В восьмом свитке "Ци Минь Яо Шу" в разделе "Метод приготовления соевых бобов", записано: "Вставьте руку в кучу и проверьте, тепло ли как под мышкой". "В целом, желательно, чтобы температура была такой же, как под мышкой человека". Это означает, что в процессе приготовления соевых бобов нужно вставить руку внутрь, чтобы почувствовать температуру, и проверить, такая ли она, как под мышкой человека. Наилучшей считается температура, равная подмышечной температуре человека. А для производства сыра требуется температура "немного теплее человеческого тела, что считается подходящим". Отметим, что уже в период Южных и Северных династий китайцы измеряли подмышечную температуру и знали, что она более стабильна и точна.
Сельскохозяйственный ученый династии Сун Чэнь Юн говорил о температуре воды для мытья яиц шелкопряда: "Отрегулируйте температуру воды для купания, вода не должна быть холодной, но и не должна быть горячей, она должна быть как температура человеческого тела". А сельскохозяйственный ученый династии Юань Ван Чжэнь говорил о комнатной температуре для разведения шелкопряда: "Шелководы должны носить легкую одежду для измерения температуры тела: если чувствуют холод, то шелкопряд тоже будет холодным, нужно добавить огня; если чувствуют жару, то и шелкопряд будет горячим, нужно уменьшить огонь". Очевидно, что исторически человек часто использовал постоянную температуру своего тела для сравнения с оптимальной температурой для разведения шелкопряда.
Китайская чайная культура имеет длинную историю, и приготовление чая было неотъемлемой частью повседневной жизни образованных людей и ученых. Лу Юй, автор
"Чайного канона" (Ча Цзин) и основоположник чайной культуры, первым описал различные температурные явления во время кипячения воды для чая, назвав их "первое кипение", "второе кипение" и "третье кипение": "Когда появляются пузырьки размером с рыбий глаз и слышен легкий звук — это первое кипение; когда по краям появляются пузырьки, похожие на нити жемчуга, как в бьющем источнике — это второе кипение; когда вода бурлит и волнуется — это третье кипение". Эти описания ясно показывают, что Лу Юй определял температуру воды по различным состояниям её кипения.
Позже, в эпоху Сун, Су Дунпо также оставил записи о температуре воды для чая: «Когда пузырьки размером с крабий глаз уже прошли, появляются пузырьки размером с рыбий глаз, и слышится шум, предвещающий свист соснового ветра». Особенно важно, что в эпоху Мин Чжан Юань в своём "Чайном трактате" обобщил опыт предшественников и выдвинул теорию о том, что «пузырьки размером с креветочий глаз, крабий глаз, рыбий глаз и нити жемчуга — всё это признаки начала кипения, и только когда вода бурлит как волны и пар полностью рассеивается, она достигает полной готовности». Очевидно, что древние китайцы разработали очень тонкую систему определения температуры воды для заваривания чая, различая состояния от низкой до высокой температуры по появлению пузырьков размером "с креветочий глаз", "с крабий глаз", "с рыбий глаз", "нити жемчуга" и "бурлящие волны".
Кроме того, древние китайцы использовали сосуд со льдом (это высокий тонкий контейнер, изготовленный из бронзы или керамики, содержащий воду), чтобы судить об изменении температуры. Впервые упоминается в книге «Вёсны и осени господина Люя» (Книга была написана около 239 года до нашей эры. По льду, узренному в сосуде водном, постигаем как хлад всей Поднебесной, так и то, как рыбы да черепахи в зимнем таинстве сокрыты. Это означает, что, как только вода в бутылке замерзла, наступила холодная зима, и рыба и черепаха были готовы спрятаться в спячке. Это говорит о том, что древние люди ис-
пользовали морфологические изменения «воды - льда - воды» при различных температурах, чтобы предсказать технологию снижения и повышения температуры.
Изобретение и использование ледяной бутылки олицетворяет наблюдения и понимание древних измерений температуры, и хотя его точность относительно грубая, нет шкалы и не показаны конкретные значения температуры, мудрость, которую он раскрывает, довольно необычна. Он использует водяное обледенение в качестве фиксированной точки температуры, современной 0°C по Цельсию, чтобы судить о температуре по замерзанию и таянию воды, концепция, которая не была предложена голландским ученым Гюйгенсом на Западе до 17-го века.
Литература
1. Kaogongji. MI^L-^IiE [Zhou Li: Records of Examination of Craftsman], Song Dynasty (960-1279 CE).
2. Niu G. Temperature measurement in ancient China // Engineering Technology Series. II. 2003. DOI: 10.16569/j.cnki.cn11-3720/t.2003.12.025.
3. Wang G. and Bo S. Knowledge of thermodynamics in ancient China // Physics. No. 5. 1982.
