当你查看天气预报,看到以摄氏度表示的气温时,你所看到的刻度是以一位从未打算让它以今天这种方式运作的人命名的。摄氏温标的故事,是一段关于逻辑颠倒、身后纠正,以及一个迟来整整204年的官方命名的传奇。

安德斯·摄氏:天文学家,兼职温度计发明者

安德斯·摄氏于1701年出生在瑞典乌普萨拉,出身学术世家。他的父亲是天文学教授,祖父分别是数学家和天文学家。科学流淌在他的血液里。摄氏本人于1730年成为乌普萨拉大学天文学教授,这才是他真正的志业。他的核心科学工作围绕两大课题:极光的性质,以及地球的精确形状。

在地球形状问题上,摄氏是一场真实科学争论的激烈参与者。艾萨克·牛顿主张地球在赤道处隆起、在两极处扁平——即「扁球体」。而以卡西尼家族为代表的法国科学家则坚持相反的观点。摄氏参加了1736至1737年的法国拉普兰远征,前往北极圈进行精密的大地测量。数据支持了牛顿的论断:地球确实在两极处是扁平的。摄氏载誉归来,成为备受推崇的科学人物。

温度计,几乎只是他的一个附带项目。

原始刻度:有意为之的「颠倒」

1742年,摄氏在《瑞典皇家科学院年刊》上发表了一篇论文,提出了一种以两个固定点——水的沸点和冰点——为基准的标准化温度刻度。两个参照点都是合理的选择,在任何实验室里都可以重现。但他对数值的分配,与我们今天使用的方式恰好相反。

在摄氏的原始刻度中,0代表水的沸点100代表水的冰点。数值越小意味着温度越高。在现代人看来,这像是一个简单的错误,但实则不然。摄氏是一位习惯在寒冷的北欧室外工作的天文学家,他的参照系是从野外的寒冷延伸向实验室的温暖。递减的方向对他而言有一种实用的优雅:乌普萨拉的室外气温很少超过我们所称的30°C,在他的刻度上,这些读数都舒适地落在100度冰点标记以上的正数范围内。

林奈将其翻转

摄氏于1744年因肺结核去世,年仅42岁,距提出他的刻度仅两年。他没能看到它成为世界上大多数地方占主导地位的温度测量系统。这一转变在他去世后几乎立即开始,而负责这一转变的人既不是物理学家,也不是仪器制造者——他是一位植物学家。

现代生物分类学之父、摄氏在乌普萨拉的同事卡尔·林奈,发现倒置的刻度对他的温室和植物学工作极为不便。他需要以一种符合人类直觉的方式追踪温度的升降:数值越大,温度越高。林奈开始使用翻转后的版本——0表示冰点,100表示沸点——乌普萨拉的仪器制造商丹尼尔·埃克斯特伦按照这一经过修正的规格生产温度计。这个翻转后的刻度迅速在科学界传播,成为事实上的标准。

历史有一种温和的讽刺意味:以摄氏命名的温标,正是他明确没有设计的那个版本。

从「百分度」到「摄氏度」:迟来近两个世纪的命名

在林奈修正后的近两百年里,这一刻度并未被广泛称为「摄氏」。它被称为百分度刻度(centigrade scale)——源自拉丁语centum(百)和gradus(步)——仅仅描述了它在两个固定点之间均匀分为一百等份的结构。这个名称描述性强且实用,但也存在歧义:「centigrade」在法语和西班牙语中另有角度测量单位的含义。

直到1948年,在第九届国际计量大会上,国际科学界才正式采用「摄氏度」作为官方名称,以纪念这位瑞典天文学家。符号°C得到规范。而彼时,两个世纪的科学研究都已在「百分度」的名称下进行。

华氏、开尔文与摄氏的定位

要理解摄氏温标在历史中的地位,将其与竞争对手相比较颇有助益。丹尼尔·加布里埃尔·华伦海特是一位在阿姆斯特丹工作的德国物理学家,他于1724年引入了他的温标——比摄氏早了近二十年。他以两个可重复的固定点为基准:盐水溶液(水、冰与氯化铵的混合物)的结冰温度定为0°F,以及人体温度的近似值定为96°F。在他的刻度上,水在32°F结冰,在212°F沸腾。华伦海特的温度计对于那个时代来说精度非凡,他的刻度在百分度方法兴起之前主导了一代欧洲科学。

威廉·汤姆森(开尔文男爵)于1848年将温度测量推向了其逻辑上的绝对极端,他定义了一个不以水的行为为基准,而以分子运动理论上停止的点——绝对零度(定义为0 K,等于−273.15°C)——为基准的刻度。开尔文刻度与摄氏度使用相同的度距,使两者之间的换算极为简单:K = °C + 273.15。

当今世界与一个值得铭记的巧合

全球约95%的人口生活在以摄氏度作为日常温度标准的国家。主要的例外是美国,以及少数加勒比地区,在那里,华氏度仍是天气、烹饪和体温的文化规范。

对于在两个体系之间切换的人,有一个事实值得牢记作为锚点:−40°C恰好等于−40°F。这是两个刻度唯一的交叉点,是其不同零点和度距共同作用的结果。在−40以下,摄氏读数的绝对值比华氏读数小;在−40以上的正数范围内,摄氏读数同样比华氏读数小。这是一个小巧而优雅的算术事实,将两个诞生于不同国家、不同世纪、出于截然不同原因的刻度联系在了一起。