人體溫度37度，開水在90度以上，水溫超過60度，人體就開始感覺不舒服，杯中裝滿開水，當然會對面板造成燙傷損害！

從傳熱學的角度解答一下這個問題。

此問題涉及的不僅是溫度，還有傳熱學的另一個基本概念：熱流密度，英文簡寫q。大家普遍認為人體感知的是溫度，但是根據我在大學課題組所學，人體感知的是熱流密度。

接下來通俗地講一下熱流密度q，科普後再解釋手握熱水杯的問題就會很清晰。學過傳熱的孩紙請自動跳過科普段落。

傳熱學和電學有互通之處。熱流密度q和電流I是可以類比的，而溫度差T可類比為電壓U（電壓稍專業點叫電勢差）。大夥都知道電流I=電壓U/電阻R，因此在純導熱的情況下，注意，僅僅導熱（煎蛋時鍋的熱量傳給蛋），熱流密度q=溫度差T/熱阻r。（ps，這並不是準確的熱流密度的定義式，只是為了通俗地講解熱流密度這個概念）類比地看，電阻R大則電流I小、不易導電；熱阻r大則熱流密度q小、不易導熱。

生活中熱阻r最大的東西是真空，所以保溫杯和開水壺的內膽和杯/壺身之間會抽真空。空氣的r小於真空，但是也灰常大，所以買羽絨服時售貨員會提示顧客羽絨服要懸掛在衣櫃裡並且不要摺疊壓扁它，因為保持羽絨服的蓬鬆才能做到羽絨間有足夠的空氣。空氣多則羽絨服熱阻r大，則q小，因此哪怕零下幾度時穿著羽絨服，也能保證36.5度的體溫。

另外，溫度差T=0時，q=0，這種狀態稱之為“熱平衡”，就是兩個物體（或一個物體的兩個部分）溫度相同，則“感受不到”導熱了。

傳熱學的三大領域中，除了導熱，還有對流換熱。對流換熱是包含導熱的。打個比方，冬天，站在野地裡，“好冷！”（身體的熱向環境“導”出），一陣風吹過來（空氣對流），“冷死老子了！”（熱量不僅被匯出，更被風“換”走了）。這個過程中無論有沒有風，人都在散熱；一旦有風，有對流，散熱會散地更厲害，所以更冷。假設沒有風時的熱流密度是q1，有風時是q2，q2>q1，熱流密度越大，換熱越強，人體的感知就越明顯。

普遍而言，對流換熱的傳熱效果遠強於導熱。因此，隨身碟在電腦上用久了介面變燙，拔下來降溫的最好方式，不是用手捏著它或者放著等它變涼（導熱），而是猛甩幾下隨身碟（對流換熱，甩大力一點的話隨身碟介面立馬就變涼了）。

科普結束，開始解釋問題。把握一個核心：人體感知的不是溫度，而是熱流密度q。另外，空氣的導熱能力很差。

1. 握裝熱水的杯子：（機理）導熱過程。

手和杯子的溫度差T很大，熱流密度q很大。人的感知：燙！

2. 手適應了溫度：（機理）導熱過程進行到熱平衡狀態。

溫度差T=0，熱流密度q=0。人的感知：不燙了耶～

3.轉動一下杯子：（機理1）對流換熱

（因為杯子裡的水在轉動杯子時流動了！就和空氣流動會形成風的過程一樣）。對流換熱傳熱效果遠強於導熱，q增大。人的感知：又燙啦！

（機理2）空氣的導熱能力很差。

杯子被手握住的部分（假設是杯壁A）向外傳熱的熱阻主要是“手”，熱阻小，易於導熱，溫度低。而沒有被手握住的部分（假設是杯壁B）向外傳熱的熱阻是空氣，空氣的熱阻大，導熱能力差，則B的溫度會高於A。所以不僅是轉動一下杯子會覺得燙，哪怕不轉動杯子，把手立刻換到B也會覺得燙。

PS如果兩隻手分別握住杯子的A面和B面，習慣了後交換，就會發現換了後也不燙啦。

這不是物理學問題，而是一個生理學問題，涉及人體對環境刺激的感受，傷害性感受與痛覺形成，傷害性高溫感受和熱痛覺等多個方面。

生物體為了適應環境，必須時刻感知環境的各種因素，並做出適當的反應。

人體對環境因素的感受由初級感覺神經執行。

非常有趣也至關重要的一點是，人體可以根據長期進化的適應性，將環境各種理化因素分為兩類：

非傷害性刺激，那些不會對組織細胞造成損害的能量形式，比如，觸控，輕壓，感覺為溫和涼的非傷害性溫度等等；

傷害性刺激，那些對生物體存在實質性或潛在性傷害的能量形式，比如感覺到熱痛和冷痛的傷害性溫度，造成組織損傷後的切割、針刺、以及撕裂物理刺激，強酸強鹼等等。

傷害性刺激由位於脊髓背根神經節或三叉神經節內的傷害性初級感覺神經元感受，具體接受刺激的感受器是位於表皮下方的傷害性初級感覺神經纖維裸露的神經末梢上分佈的各種傷害性感受受體。

這些受體中的一部分已經被識別，克隆並進行了詳細的研究。但還有很多受體和作用機制是未知的。

這些傷害性受體通常是門控陽離子通道，在受到相應因素刺激後，離子通道開放，產生動作電位，動作電位編碼的電訊號沿著初級感覺神經纖維上傳，在脊髓中繼後繼續傳導大腦皮層產生疼痛感覺。

注意，只有傷害性因素才能啟用傷害性初級感覺神經上的傷害性受體產生的訊號才會在大腦產生疼痛性感覺。

非傷害性刺激不會刺激產生疼痛感覺。

這些傷害性刺激同時還會刺激在脊髓中樞產生躲避性反射，從而儘可能避免受傷。

這種反射的傷害性刺激電訊號不經過大腦處理，在脊髓內由中間神經元轉導給脊髓前腳的運動神經元，產生傳出訊號，支配相應曲肌收縮，產生躲避性動作。

由於這種訊號不上傳大腦，而是在脊髓“抄近路”完成反射。假設阻斷了傳向大腦的訊號，就可以只完成躲避反射而不會產生疼痛感覺。

可見，傷害性訊號和疼痛感覺是可以分離的。

比如，如果用針扎一個深度睡眠的人，在沒有弄醒他的情況下，他可以產生躲避卻不會感覺到疼痛。

“熱水杯燙手痛”，實際上是上述傷害性刺激感受與痛覺中的一種，即傷害性高溫與熱痛感覺。

首先，有點遺憾的告訴大家，到目前為止，人體感受溫度的受體還沒有完全確定——其實很多，甚至說大多數基礎生理學問題的分子機制都沒有弄清楚。

但是，自從1997年辣椒素受體被克隆以後，TRP受體（瞬時電位陽離子受體）家族已經被認為是包括人體在內的很多生物的溫度感受受體。

其中，第一個被發現的TRPV1（即辣椒素受體）在體外實驗中被經驗性傷害性高溫（高於42℃）啟用產生神經訊號；體內實驗中，傳導訊號的屬於C-神經纖維，刺激產生熱痛覺——與辣椒素刺激產生的是同一種感覺。

高於52℃的非常熱的傷害性高溫則啟用另一種熱傷害性受體TRPV2，訊號經由A-神經纖維上傳，產生更高等級的熱痛感覺。

我們知道，不同溫度的傷害性不同，產生的疼痛程度也不相同，刺激產生的躲避反射也不一樣。

像火燒這種更高溫度的傷害，可以刺激產生本能性躲避反射。比如，如果猛地端起非常熱的杯子，我們可能會本能性扔掉；相反，如果端起稍微熱的杯子，雖然感覺燙手疼痛，卻可以堅持端著。

傷害性高溫刺激產生的躲避反射，不僅與刺激的溫度有關，還與我們對溫度的預判有關。

比如，同樣是很燙手的杯子，如果我們預估到很燙手，我們的意志可以在一定程度上抑制扔掉的衝動，堅持端著；如果估計錯誤，猛地端起，就有可能導致本能性扔掉杯子的反應。

所有這些不同反應具體的分子機制還沒有搞清楚。

甚至，TRPV1，TRPV2，以及其他幾種感受傷害性高溫的TRP受體也不是傷害性高溫的全部受體，即使關閉了這些受體的表達，相應的溫度感受僅部分受影響或者完全不受影響，提示還有其他受體的存在。

總之，雖然最近幾十年來，科學家對我們身體如何感受各種刺激，做出各種不同反應的認識有了很大提高。但是，整體上，未解之謎還是多於已知的事實。

小時候聽過一個故事，說有一個鐵匠收了個徒弟，徒弟心靈手巧進步很快，鐵匠師傅非常高興就告訴徒弟說，我要把所以的技術都傳受給你，特別是有一訣竅心得，總有一天我會告訴你的，徒弟更加努力工作，盡得真傳，青出於藍而勝於藍。多年以後，師傅年邁體衰病入膏肓，徒弟在病榻前輕聲問道：師傅，咱這鐵匠技術的訣竅心得是？師傅上氣不接下氣的說：孩啊，記住：“鐵要是燒紅了，你可千萬別用手摸呀”，話畢，師傅與世長辭。