文／胡妙芬（國立台灣大學動物學碩士、國內知名科普作家）

自從有了溫度計和溫標以來，人們總算可以好好測量「熱」了！但是，早期的科學家還是常說：「這個物體含有30『度』的『熱』」或是「A的熱比B的熱多5度」一類的話。從他們的語病就可以知道，當時的學者把「溫度」看成「熱」，不少人甚至站在這個錯誤的基礎上，就開始大膽的提出自己的熱學見解。

其中最有名氣的一位，就是荷蘭的醫生兼植物學家布爾哈夫。他把華氏40度的冷水，跟80度的熱水等量混合，得到60度的溫水！他認為是：80度的熱水把「20度的熱」給了40度的冷水，所以40度的冷水加上「20度的熱」，就變成了60度！水的溫度就是熱，物體混合時會交換「熱」，所以溫度可以直接交換、加減，聽起來也非常合理。

只不過，自信滿滿的布爾哈夫，很快就被自己接下來的另一個實驗難倒了。這次他改用的是華氏40度的水與80度的「水銀」，結果混合的溫度竟然是41度，而不是原先預期的60度！這讓布爾哈夫非常頭痛，「溫度交換」聽起來非常合理，但是為什麼實驗結果卻不如預期呢？

當時，這道未解的謎題就被稱為「布爾哈夫難題」；直到20年後，英國科學家布萊克才參透其中的道理，找到眾多科學家們在熱學遊戲裡「卡關」許久的根本原因。

破解布爾哈夫難題

「布爾哈夫難題」正是因為水銀和水的「比熱」不同，所以華氏80度的水銀與40度的水混合，溫度才會停在41度，而不是60度。以下就是破解這個難題的始末：

「奇怪了！這是怎麼回事？」在實驗室裡研究冰塊融化的布萊克，用手搔了搔自己的頭髮。他注意到實驗結果事有蹊蹺，跟他長久以來接受的教育──「熱就是溫度，溫度就是熱」不一樣。當時正是1757年，布萊克剛從英國格拉斯哥大學的博士學生，正式升任教授。他注意到前兩年的冬天特別冷，但是戶外厚厚的積雪卻沒有想像中那麼容易融化，於是他準備了兩個一模一樣的燒杯，做了這麼一個冰的實驗──他把兩個燒杯同時掛在一個房間裡，計算兩個燒杯上升到室溫所需要的時間。

結果，明明兩杯的溫度只差一點點，燒杯A花了半小時，燒杯B卻用上整整10小時的時間！「這不合理呀！明明溫度一樣、熱一樣，所花的時間應該也要一樣才對……」「難不成……」布萊克試著讓自己的腦袋跳出舊有的框架，「難不成『冰』」變成『水』也需要吸收熱？！」

「對了！一定是這樣！冰要從空中吸收足夠的熱，變成水以後，溫度才會繼續上升！熱和溫度不是一樣的東西！難怪燒杯B需要多花這麼多時間，我找到背後的原因和道理了！」

布萊克的實驗以現代的眼光來看，一點都不難；似乎只要有溫度計，人人在家都能輕鬆進行。但是在那個年代，他的「潛熱」、「溫度不等於熱」卻像一把開山刀，讓科學家們有了好的工具，在「熱學」的新開發領域上披荊斬棘。不只如此，布萊克後續又發現：不同的物質要上升相同的溫度，需要的熱量不同，因而提出「比熱」的概念，將盤桓多年的布爾哈夫難題迎刃而解。

布萊克不但以熱學觀念啟發、更以實際的金錢資助瓦特改良蒸汽機，推動工業革命、改變了人類的命運。

本文摘自《科學史上最有梗的20堂物理課》 親子天下出版