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为什么美国采用华氏度而其他国家都使用摄氏度? 第1页

  

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温度的单位,虽然也属于归入早就被说烂的单位制问题里,但细看下还是有挺多特殊之处的。

首先题主问了一个很好的问题:

中国古代有计量温度的单位吗?

这里就引出了温度这个单位在科学单位体系里,与时间、长度、质量等传统单位的不同之处。人类测量传统单位的模式,都是先制作一个“基准”,再用这个基准来标定世间万物的尺度。比如在古代中国,人们必须先制作或规定一个“尺”的标准单位,才能把其他长度表示成“尺”的若干倍。斤、升、里等单位也是同理。稍微有点难度的是时间,但近代西方机械技术发展后,时间的基本单位“秒”,依靠高精度的齿轮机械,也能够做到高度的精确和稳定。

但“温度”这个物理量呢?先不说标定了,人类直到二十世纪,相对论发表之后,都还没弄清楚“温度”到底是什么!直到1939年确立热力学第零定律,科学界才真正完成了对温度本质的定义。科学界尚且如此,对普通人来说,你又如何能制作出一个表示“一温度单位”的基准,并保证这个基准能够线性地测量一切物质的冷热程度,或者说分子热运动的剧烈程度呢?(你也可以这么理解:温度的测量,其实是把长度、质量等物理量的测量在相对论效应下才遇到的问题,放到了宏观、普遍的场合)

温度的单位,是早期科学、工程领域里典型的“模拟式单位”(empirical),这是理论科学尚未成熟,但实验与工程的实践又急需一种尺度来标注时,发明的一种粗糙、简单类比标注方式。具体说,人们先制作一个内含水银的柱子,放在“冷热程度”确定的环境A中达到平衡,此时水银高度是x;放在另一个确定的环境B中平衡,水银高度是y——那么,如果在环境C中,平衡的水银柱高度是一个介于[x,y]之间的z,我们便按线性关系推算出它的“冷热程度”,并假设其只与x, y, z三者有关(再严谨一点可以限定在标准大气压下)。

所以,温标不是一个“物理量”,而只是一个“比例”,即我们讲摄氏、华氏时,都一定要附带的词尾“度”(degree)。早期科学领域发明的温标,性质上都是比例式的近似和类推,比如摄氏20度,其意义仅仅是某温度计在此状态下水银柱距离下基准点(0度)的距离,是两个基准点间距(0~100)的20%。正如几何里的角度都必须转换成弧度才能代入物理公式中计算,单位是“degree”的温度同样也是不能简单往公式,比如气体方程中套的。

然而,这是一种很粗糙的标记,早期模拟式温标的唯一根据,只是把标定物(水银)的体积随温度的变化,假设成线性而已——但显然水银的V-T关系不可能是理想的线性。更重要的是,温标的定义决定了,温度测量只对上下两个基准之间的状态有意义,即便我们把近似的条件放宽到量程外,问题是,这个测量也只对液态的水银有意义——水银熔点和沸点以外的温度,实际是不可测的。

热力学的另一个核心物理量压强,最初也是用同样的实验模拟的方式标定的(长度汞柱),因为早期人们只能用这种方式来把这些指标量化。类似的工程式“原始单位”,还包括“马力”标定功率,质量单位“磅”标定力,水升高1度的热量标定能量等等,这些都是早期工程和实验科学对物理量很粗糙的量化,目的只是为了让这些量“可测”而已

现在就引出了美国的问题——美国开始工程实践的时代太早,理论科学稚嫩的时代(18~19世纪之交),美国就已经和欧洲大陆同步开始了工业革命,而以温度为核心的热力学单位,又是以蒸汽动力为标志的第一次工业革命的基石。19世纪欧洲大陆的理论科学大爆发,以SI单位制为代表的实验、工程领域的科学改良运动蓬勃发展时,美国本土仍处在粗犷的工业扩张中,理论科学进展滞后于欧洲大陆。

美国的工程界业内使用早期的“原始单位”记录了包括温度在内的过多的数据,后代工程师又极度依赖于前人的经验模型,以致一直沿用到百年后。使用磅或加仑之类或许还能甩锅给大众,譬如大众几百年的语言里只有pound,一时无法改口,但温度这一块纯粹是美国工程界或实验科学界自己懒而已——老百姓谁知道“XX度”到底是什么鬼?

如果按工程界的原始思维来看,华氏倒确实比摄氏好一点,无他,华氏温度计的测量范围宽。Fahrenheit本人的原始思想是把水、冰、盐三者的混合物设为0,把冰水混合物设在一个几十的数值(32),这样温度计能读出水的冰点以下的一部分数据。然后把上面两者再加上一个水的沸点,做成一个三点的定位,这样能保证更线性。另外华氏温度计可以不必标定到水沸点这么高,于是也可以使用毒性高的水银的替代物,比如酒精。在18世纪那个理想气体状态方程和热力学三定律都未提出的时代,这个温度计至少比较实用。工业革命在18世纪末发源于英国,当时华氏这种实用性温标做成的温度计很自然在英国工程界广为使用,并被带到了美国等地。

直到后来(快19世纪中叶)人们认识到绝对零度和热力学三定律,发明热力学温标(开尔文),才真正把温度跟水银柱分开,也才让低温和高温在科学上有意义。而也正因为开尔文是基于摄氏设计的,也才使得摄氏成为一个科学的单位——没必要为了让温度计测个零下几度而整出一堆无聊的非整数值。(P.S. 科学界也想过做一个基于华氏的“绝对零度”,即Rankine温标,但华氏在学界早就被抛弃了,这个温标基本没流传下来)

你可能会问:为什么(美国的)工程界或者气象之类的实验科学界就这么顽固?成天看这些怪异的单位不累吗?然而,科学界跟工程界讲“美感”,这本来就如同对牛弹琴。工程界最喜欢做的事情是:记下一大堆仪表的读数,然后画进越复杂越好的图里,有时候从图里拟合一下,得出条参数繁杂且全是小数点后三四位的“经验公式”,这就是工程界“美感”的极限了。这种搞法,管你记录用的单位是摄氏华氏还是张氏李氏,反正上一代人用的啥,下一代人就只能跟着用啥。

而美国在19世纪时,又正好处在工业极度扩张,但理论科学发展滞后于欧洲大陆的节点,工业界巨大的体量导致积重难返(到二次工业革命时期出现的电力单位就没有那么多幺蛾子了,那时理论科学基本完成了对实验和工程的改革)。而为啥英国的工业界能改,体量比美国小得多是一点,更关键是单位统一是70年代英国加入欧盟的强制要求,英国工程界不能不改。

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对于单位制有一个很常见的误解,把公制曲解成“法制单位”,然后把公制的推广片面理解为法国一个国家的功绩。

按照这样的思维,比如功是力乘以距离,力又是质量乘加速度,所以英国系统里是不是也有的一个量纲“lb ft²/s²”的“英制功单位”?然而,早期工程师根本就不知道“磅平方尺每平方秒”到底是什么鬼,他们只能想象成:把一个一磅的物体垂直拉动一尺,这个过程做的功是能测量的。所以工程师只能把功表达成“磅尺”(pound-foot),但这又跟质量lb*长度ft毫无关系。又比如我们知道功、能量和热量是一回事,但在早期工程师眼里,功是功,热是热,热量只能靠测热量的方法得出,所以他们只知道用“加热一单位水升高一度”(卡路里或BTU)表示热量。

所以,公制从来就不是“法制”,公制是人类科学的产物,不属于任何一个国家。为什么科学领域里的单位普遍要用一个人名来命名?因为每一个以人名命名的物理量,都是科学观念的革新,跟科学家的国籍毫不相干。法国大革命发生于18世纪末,但热力学第一定律提出,热功统一是半个世纪后的事情,而且开尔文、焦耳都是英国人(当时英国本土的工业界肯定是在用英制),这不影响他们对全人类科学的贡献。

美国的问题就是19世纪理论科学发展的时候,美国接受了欧洲的工业革命成果,却没有广泛推进欧洲的科学改革(美国的直到20世纪乃至战后才真正成为世界科学中心),美国的工业界、实验科学界长年跟理论科学界各过各的,工业界守着大量旧单位制作的经验图表和行业标准,宁可不停换算也不愿意放弃。所以前面强调的是,至少在这一点上改革的阻力并不是美国的民众,美国民众谁知道空调包装上的“1 BTU”是多少?


参考:

en.wikipedia.org/wiki/S

为什么我国物理单位和国际单位这么吻合?


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不是“西方”,而是全世界几乎就美国坚持各种单位上要独树一帜,什么磅啊加仑啊华氏度啊英寸啊,美其名曰英制单位,但特么现在英国人都不用了。之前在香港时遇到英国出差来的同事说到某些事情,还强行在脑子里强行把公斤换算成磅(一磅约等于0.9斤,也就是0.45公斤),结果说出来之后英国佬表示他已经完全不知道磅和千克的关系了。


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谢邀,这是一个有趣的问题。

首先要说的是,并不是西方世界坚持用华氏度,目前几乎只有美国这一个国家还在用华氏度,欧洲国家早就改成摄氏度了。

那么,为什么美国还在用华氏度呢?

历史原因,要怪英国的殖民主义;现实原因,要怪美国国会办事不力

先说历史原因,华氏度(Fahrenheit)是德国科学家Daniel Gabriel Fahrenheit创造的,所以也是以他的名字命名的。Fahrenheit发明了温度计,他就需要设置刻度值,他把0度定位他能制造的盐水能够降到的最低温度,混合了盐水的冰点比摄氏0度要低,所以华氏的0度要比摄氏的0度要低,然后,他又把人体的温度设为96度(我也不知道为啥要设为96度而不是100度)。

很明显,华氏度很不直观,但是因为前无古人,这种方法在当时还是很不错的。

1724年,Fahrenheit这个人加入了英国皇家学会,随着大英帝国的殖民扩张,华氏度也就传播到了全世界。

1742年,摄氏度出现了,相比于华氏度,摄氏度直观很多,纯水在标准气压下冰点为0度,沸点为100度。顺道说一下,这两个温度在华氏里分别是32度和212度。

1790年,摄氏度被认定是公制的一部分。

逐渐所有国家(包括殖民地)都开始转为摄氏度,但是美国除外,但是美国并不是没有尝试过。

在1975年,美国国会通过了一项法律,也想转为公制,包括使用摄氏度,但是,他们犯了一错,就是让国民自愿决定是否使用公制,而不是强制推行公制。问题就来了,不强制使用,但是国民已经习惯了英里、英尺、华氏度,你让他们自愿,他们当然选择老一套.

结果,这件事不了了之,1982年,里根总统干脆解散了推行公制的委员会。

所以说,首先是殖民主义把华氏度传到了美国,然后美国人民选择坚持用华氏度,而国会又不强制推行,所以是现在的结果。

怎么这么个结果呢?

一方面,人民喜闻乐见,你也真不好强行推行一个制度。

另一方面,这种和公制的不一致,制造了很多麻烦,要知道,美国还因为单位不统一导致航天事故。

顺道还是要感谢一下秦始皇,秦始皇几千年前就强调统一,统一的不只是国土,还有计量单位,统一多好。

参考资料: Why Americans still use Fahrenheit long after everyone else switched to Celsius




  

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