春天来了，鸭子真的是第一个知道？

作者简介

许秀华，毕业于北京大学生命科学学院。从事科技记者、医学记者等职，科普作家、中国科普作家协会会员、中国生物工程学会会员，著有少儿科普书《超级农业》（北师大出版社）、孕产期保健科普书《妈妈宝贝爱妻录》（科学出版社）、《卢良恕院士传》（人民出版社），全程执笔《转基因，给世界多一个选择》（农业出版社，获2014年全国优秀科普作品奖）、《南水奇遇记》（水利出版社），为《科学大众》《生命世界》等多家少儿科普杂志撰稿人。

傍晚的江南水乡，江边的蒌蒿像翻滚的绿色浪花，从江岸向远处铺展开来。江水欢快地迤逦而过，在靠近岸边的地方，芦苇才冒出短短的嫩芽。若是捕捞上河豚，就着蒌蒿、芦苇的嫩芽，那该是多么美味！这是僧人惠崇所绘的一幅画，名为《春江晚景》。宋代大文学家蘇轼为这幅画创作了一首脍炙人口的七言绝句——《惠崇春江晚景》。

惠崇春江晚景

〔宋〕苏轼

竹外桃花三两枝，

春江水暖鸭先知。

蒌蒿满地芦芽短，

正是河豚欲上时。

苏轼看到画中在江水里自在游弋的鸭子，栩栩如生，不禁热心地替鸭子说：“江水变暖和了，春天来了，我们最早知道。”

用水温判断季节变换，有点滞后

要是凭借江水的温度来判断四季的变化，小鸭子只能是后知后觉，没有能力抢先发布。为什么呢？这要从水的比热容说起。

比热容作为物质的一种物理性质，顾名思义，就是一种物质容纳热量的能力。同一物质的比热容一般不随质量、形状的变化而变化。比如，我们将铁筷子和木筷子放在水里，然后把水烧热，哪个会热得快？当然是铁筷子，因为金属铁的比热容小。铁和木头都获得了同样的热量，然而铁很快就以“发高烧”的方式给了反馈，而比热容大的木头却依旧保持“正常体温”。

水的比热容更大，比土壤、岩石、空气的都大。要让水和土壤、空气、岩石升到同样的温度，要给水提供更多的热量。同样的热量供给下，水温上升的速度比岩石、土壤和空气慢。同样，因为水的比热容大，要让一盆温水降温，也需要更多地供冷。往往周边的土壤、岩石已经冷却下来了，而水仍旧是温的。

春天时，尽管天气很暖和了，江河湖海里的水却仍是寒冷的。秋天时，已经凉气袭人，而江河湖海里的水却依旧温暖。

春天时，当地球倾斜着自转轴围着太阳公转时，太阳光斜射与地面的夹角变大，倾泻到地面的光子增多了，太阳送来的热量增多了，空气变热了，土壤变热了，江水却迟迟不变热。小鸭子一定为此苦恼过：为什么我的春天总是迟到？哪还有心情说：“江水变暖和了，春天来了，我们最早知道。”

秋天时，太阳光斜射与地面的夹角变小，倾泻到地面的光子减少了，太阳送来的热量减少了，空气变冷了，土壤变冷了，江水却迟迟不变冷。所以，初秋时的江水仍然温暖得可以下去游泳。小鸭子也许为此自豪过：“秋风萧瑟，却奈我何！”

说到这里，一个问题呼之欲出：苏轼会游泳吗？如果他会游泳，他为小鸭子代言时，是不是就会因为有对春水的亲身体验而更加准确？

比热容在自然界演出的戏码，不只是表现在春天和秋天的水体上，还有白天和黑夜中的空气、土壤和岩石。白天，空气、土壤、岩石被太阳照射，升温很快;夜晚，漆黑一片，失去了太阳光能量供给的空气、土壤、岩石又快速失去热量。春寒料峭，为何让人更难接受？因为白天和夜晚的温差太大了。

所以，比热容还有一层含义，就是物质保持现有热量的能力。比热容小的物质，热量来得快，消散得也快;比热容大的物质，热量来得慢，消散得也慢。

比热容讨论有条件

要是水变成水蒸气，比热容会怎样变化呢？要是水和别的物质发生了化学反应，比热容又会怎样呢？

这真是个好问题。世界上有好多种事物，事物之间有同有异。相同点多的事物，人们会将其归为一类，然后将归为一类的事物加以定义，这就是概念的由来。所以，概念天生就带着内涵和外延。内涵是指定义的内容，能够归类为这一概念必须达到的标准;外延则是概念的边界。

比热容这个物理概念也是有内涵和外延的。其内涵即为单位质量的某种物质的温度升高到一个绝对温度时，需要获得的热量数量;其外延则是没有发生相变和化学变化。这个所需热量测量的限定条件或者说边界，是没有相变和化学变化。水变成冰或者水蒸气，这就是发生了相变。这时，水里的热量或者要释放，从而改变了水分子之间的作用力和距离，水变成冰;或者水要从外界吸收热量，增大了水分子间距离，水变成水蒸气。金属钠投入水中，水会沸腾，这是钠和水发生了化学反应，放出了大量的热量。这时，水分子的化学键断裂，释放出了大量的能量。

所以，在发生相变化和化学变化时，都有其他的热量来源参与其中，这时讨论比热容就不合适了，故而设定了概念的边界。

美学和科学并不总是同步的，不能苛求苏轼这位生活在宋代的古人。而且，虽然春水的温度上升晚于岸边的土壤、岩石和空气，可是春水一旦暖和了，还真是小鸭子第一个知道呢！

（责任编辑：陆艳）