很多人小时候都盯着温度计看过，天热时里面那根细细的银色水柱往上爬，天冷了又缩回去。这种升降看起来简单，原理却是物理学里最基础也最实用的规律之一：热胀冷缩。物质受热时分子运动加剧，彼此之间的距离被拉长，体积随之变大；遇冷时运动变缓，距离缩短，体积变小。水银作为液态金属，对这种体积变化格外敏感，所以成了温度计里最常见的测温液。
不过水银本身膨胀的幅度很小，直接看根本看不出差别。温度计真正的巧妙处，在于那根极细的玻璃毛细管。水银球里装的水银受热膨胀后，多出来的那一点点体积被挤进横截面极小的毛细管里，于是一丁点的体积变化就被放大成肉眼可见的一长段柱高。毛细管越细，同样的膨胀量对应的柱高变化就越大，读数也就越灵敏。这也是为什么体温计做得那么细，而实验室里更精密的温度计还会把刻度刻得很密。
水银和酒精这类测温液并不是随便选的。水银在零下三十九度到三百五十七度之间都保持液态，测量范围宽，而且它受热膨胀比较均匀，刻度才好读得准。酒精则常用来做更低温度的气温计，因为它能测到零下上百度的低温，只是它容易挥发、膨胀不如水银均匀。早期的温度计还试过用水，结果很快发现水在四摄氏度时密度最大，冷到这个点反而膨胀，规律乱了，根本不适合当测温液。
温度刻度本身也不是凭空来的。摄氏温标把标准大气压下纯净冰水混合物的温度定为0度，把水的正常沸点定为100度，再把中间均匀分成一百份。水银柱在这两个固定点之间爬升的格数，就对应了具体的温度数值。现代更严谨的温标会用一些物质的相变点反复校准，但思路一脉相承：先找几个全世界都能复现的固定温度，再让液柱在它们之间线性滑动。
这里要划清一个边界。热胀冷缩是总体趋势，但不是所有物质都老老实实线性变化。比如水从常温降到四摄氏度还在收缩，低于四摄氏度却开始膨胀，所以冰能浮在水面上。很多合金被专门调配成低膨胀材料，用来做钟摆、尺规，避免温度变化带来测量误差。玻璃、石英也有自己的膨胀系数，温度计的读数其实已经把这些因素考虑进去了。理解这一点，就不会以为温度每升高一度，水柱就永远规整地涨同样高。
还有一个容易被忽略的点：温度计测的是它自己水银球当下的温度，不是你随手一插那东西的温度。测体温要把它夹在腋下足够久，让水银球和身体达到热平衡；测室温要把它放在通风又不被太阳直射的地方。如果刚从暖气房拿到窗外就立刻读数，水银还没来得及反应，数字自然是错的。水银温度计打碎后还要特别小心，水银蒸气有毒，不能拿扫帚随便扫，应当用纸片收集并通风处理。
如今电子温度计、红外测温枪越来越普及，它们靠的是电阻随温度变化的规律，或者物体向外辐射的红外线强度，原理和液体膨胀已经不同。但在教学、气象和不少工业场景里，水银与酒精温度计依然因为直观、稳定、不用电而被保留。下次再看到水银柱随天气升降，可以想到那根细管背后，是把微观的分子热运动悄悄放大给你看的一门手艺。
参考： （https://www.kepuchina.cn/） （https://www.cas.cn/）