利维坦按:我们该如何定义温度?在中学教材里,我们了解到温度的热力学定义是“对于粒子运动的剧烈程度描述”,即粒子的平均动能,分子/原子的运动越激烈,温度就越高。而在统计力学里,温度可以粗略定义为内能对熵的导数,正如我们可以把密度定义为质量对体积的导数。因此,熵才是温度在物理学意义上的度量。
好的。抛开这些我自己也看不懂的定义,温度又是什么?如果不借助测量工具,我们作为生物体所感知的温度,只是关于冷与热的体验。既然是体验,那么难免夹杂有主观感受成分。在下文所介绍的几种情况中,我们会发现有时候自己所感受到的冷暖(温度)并非一直靠谱。
在大部分情况下,我们的身体可以感知到细微的温度变化,并作出相应的体温反馈调节。但坦白讲,我们的身体优势也会犯下“错误”。
图源:wurzen
大家可以在家里重复一个简单的实验(当然在脑海里也可以)。我们挑选三个较大的桶并排放在面前,在右手边的桶里倒入冰水,左边的桶里倒入热水,再往中间的桶里倒入常温的水。
下一步至关重要――卷好自己的袖口。之后,分别将左手伸入左边的桶里,右手伸入右边的桶,等待两分钟。
这是一个两分钟倒计时的动图,但我知道你肯定不会等它完成计时……
图源:Imgur
两分钟后,同时将双手从各自的容器中缩回,并同时伸入中间盛有常温水的容器里。我们可以清楚感觉到从左手传过来的凉意,与右手传过来的温暖。一个人的两只手,伸入同一温度的水中,却有两种截然相反的感受,这就是冰火两重天。
为什么会这样呢?中学生物课上曾经教过一个知识点:我们的皮肤表层下有着丰富的感受器,就温度而言,我们有着热感受器和冷感受器两种,它们可以对冷热刺激作出反应,这种反应将以大概50毫伏(mV)左右的电脉冲信号形式传到大脑中。
冷感受器与热感受器
图源:Alimentarium
但是这两个感受器是相对独立的,专工专用。冷感受器对冷刺激尤为敏感,热感受器对热刺激非常敏感。当我们将两只手分别伸入冰水与热水中时,所激活的就是不同的感受器。
我们的人体已经进化出了优秀的环境适应技能。为了适应外界温度,我们伸入热水的手上,热感受器就会疲劳。同样的,冷水中疲劳的是冷感受器,而当我们将两只手同时伸入温水中时,两边受到刺激的感受器也是不一样的,这就导致我们产生了两手温度感知迥异的状况。
大脑自身无法直接感受外界的冷与热。体内的温度感受器先将电脉冲信号传到我们的体温调节中枢――下丘脑,然后再由下丘脑将信号向上传至大脑皮层,产生冷与热的感觉。接下来,下丘脑还会向下做出体温调节的指令,这样我们的身体才能更好适应外界环境。
下丘脑在大脑中的位置
图源:Health Jade
值得一提的是,我们皮肤里的冷感受器相较于热感受器位置更浅,更靠近表皮,且数目更多。这就使得我们对低温刺激更加敏感,以提高生存几率。有没有很奇妙?
再来看另一个实验。一块保持室温的木头和一块温度相同的铁块,我们用两只手去分别触摸,所感觉到的却是“铁块的温度更低”,这又是怎么回事?
我们刚才有讲到,大脑只能借由温度感受器的反馈对温度作出判断。但是严格来说,皮肤里的温度感受器依旧无法对所处环境温度做出直接判断――它们只能感受皮肤的温度。
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