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现在，我们开始关注一条新的线索，它源于热现象的领域。然而，我们不可能将科学划分为独立且不相关的部分。实际上，我们很快就会发现，这里介绍的新概念与那些我们已经熟悉的概念及我们将会遇到的概念交织在一起。在一个科学分支中发展的思路通常可以用于描述一些特点与众不同的事件。在这个过程中，原始概念经常被修改，以便帮助我们理解那些现象的起源及它们将会被应用到哪里。
在热现象的描述中，最基本的概念是 温度 和 热量 。在科学的历史长河中，人们耗费了漫长的时间来区分这二者，但是一旦人们将其区分开，就会取得快速的进展。尽管现在人人都熟悉这些概念，我们也要仔细地审视它们，强调它们之间的差异。
我们的触觉非常清楚地告诉我们，一个物体是热的，另一个是冷的。但这是一个纯粹定性的标准，不足以进行定量描述，有时甚至含糊不清。一个众所周知的实验展示了这一点：我们有三个容器，分别装有冷水、温水和热水。如果我们将一只手浸入冷水中，而另一只手浸入热水中，那么我们得到的信息是：第一个容器中的水是冷的，而第二个是热的。如果我们随后将双手浸入相同的温水中，我们的两只手会得到两个相互矛盾的消息。出于同样的原因，当爱斯基摩人和某赤道国家的人在春天来到纽约，他们对气候是热还是冷抱有不同的看法。我们通过使用温度计来解决所有这些问题，这个工具最早是伽利略设计的。又是那个熟悉的名字！温度计的使用基于一些公认的物理假设。我们通过引用约150年前布莱克（他在解决与热量和温度这两个概念相关的困难方面做出了巨大贡献）讲座中的几行话来回顾它们：
通过使用这种仪器，我们了解到，如果我们取1000或者更多种不同的物质，如金属、石头、盐、木材、羽毛、羊毛、水及各种其他液体，将它们一起放在一个没有火和阳光照射的房间里，虽然它们起初的 热量 各不相同，但是热量会从较热的物体传递到较冷的物体，在几小时或者一天之后，用温度计一一测量它们的温度，它将精确地指向同一个度数。
根据现在的术语，文中加引号的 热量 应该用 温度 这个词代替。
医生从病人口中取出温度计，他可能是这样推理的：“温度计根据水银柱的长度显示自身的温度。我们假设水银柱的长度与温度的升高成比例地增加。但温度计与我的病人接触了几分钟，所以病人和温度计都有着相同的温度。因此，我的结论是，病人的温度就是在温度计上记录的温度。”医生可能只是在机械地工作，然而他没想到自己已经在运用物理学原理了。
可温度计所含有的热量是否与人体相同呢？当然不是。如果只是因为两个物体的温度相等就假设它们含有等量的热量，就会像布莱克所说的那样——
把问题看得太马虎了。这是把不同物体的热量和热的强度混淆了，尽管很明显这是两个不同的东西，并且在我们考虑热量分布时应该始终区分它们。
我们可以通过一个非常简单的实验来了解这种区别。放在燃气火焰上的1磅水需要一些时间才能从室温达到沸点。用同样的火焰加热12磅放在同一容器中的水则需要更长的时间。我们将这一事实解释为，现在需要更多的“某物”，我们称之为“某种 热量 ”。
另一个重要的概念—— 比热 ，可以通过以下实验获得：在一个容器中放1磅水，而在另一个中放1磅水银，二者都以相同的方式加热。水银比水变热得更快，说明它需要较少的“热量”就可以将温度升高1摄氏度。一般来说，具有相同质量的不同物质，如水、水银、铁、铜、木材等，从40华氏度升到41华氏度，需要不同的“热量”。我们说每种物质都有其自身的 热容量 或 比热 。
一旦有了热量的概念，我们就可以更密切地研究它的本质。我们有两个物体，一个是热的，另一个是冷的，或者更准确地说，一个比另一个的温度更高。我们将它们靠在一起，并且使它们免受所有的外部影响。最终，我们知道，它们将达到相同的温度。但这是怎么发生的呢？在它们接触的瞬间与达到相同温度之间发生了什么呢？热量从一个物体“流动”到另一个物体的图景，就像水从高处流往低处一样。这幅图景虽然很粗糙，但似乎符合许多事实，我们因此可以提出这样的类比：
水—热量
高处—高温
低处—低温
热量的流动一直进行到两个温度相等。这种朴素的想法在定量考量中更加有用。如果将给定温度和质量的水和酒精混合在一起，那么比热的知识将使我们能够预测混合物的最终温度。反过来，观察最终温度再用上一点代数运算，我们就能够找到两个比热的比率。
在热量概念中，我们认识到，这里出现的热量与其他物理概念相似。我们认为，热量是一种物质，正如力学中的质量。它的数量可能改变，也可能不改变，就像钱可以存在保险箱也可以花掉一样。只要保险箱保持锁定，保险箱中的金额将保持不变，同理，隔离物体内的质量和热量也保持不变。理想的保温瓶类似于这种保险箱。而且，正如隔离系统的质量在发生化学反应时也不改变一样，热量即使从一个物体流到另一个物体也是守恒的。就算不用热量来提高物体的温度，而是用它来融化冰，或者将水变成蒸汽，我们仍然可以将其视为一种物质，并通过冷冻水或者液化蒸汽来重新获得它。一个旧名称——熔化或汽化的潜热，表明这些概念是从热量作为物质的图景中得出的。潜热暂时隐藏起来，就像储存在保险箱里的钱一样，但如果有人知道密码锁的数字组合就可以用它。
但热量与质量肯定不是同样意义上的物质。质量可以通过秤来测定，但是热量呢？红热时的铁板比冰冷的时候更重吗？实验表明没有。如果热量是一种物质，那么它就是一种没有重量的物质。“热物质”通常被称为 卡路里 ，它是我们在整个无重量物质家族中最先认识的。稍后我们还有机会追随这一家庭的兴衰史。现在只要注意到这一成员的诞生就足够了。
任何物理理论的目的都是能够解释尽可能多的现象。只要它使各种现象可以理解，它就是有道理的。我们已经看到，物质理论解释了许多热现象。然而很快我们就会知道，这又是一条错误的线索，热量不能被看成是一种物质，即使是没有重量的物质也不可以。我们只要想一下标志着文明开始的几个简单实验，便能明白这一点。
我们认为物质是一种既不能被创造也不能被毁灭的东西。然而原始人通过摩擦产生足够的热量来点燃木材。事实上，通过摩擦生热的例子太多太熟悉了，不必一一列举出来。在所有这些情况下都会有一定的热量产生，这是物质理论难以解释的事实。诚然，这个理论的拥护者可以找出一些论据来解释这些事实。他的推理可能是这样的：“物质理论可以解释表观上热量的产生。举一个最简单的例子，将两块木头相互摩擦。这时摩擦会影响木头并改变它的性质。这些性质很可能是这样变化的，即热量保持不变而产生的温度比之前高。毕竟，我们注意到的只有温度的上升。可能是摩擦改变了木头的比热，而不是总热量。”
在目前这个讨论阶段，与物质理论的拥护者争辩是没有用的，因为这个问题只能通过实验来解决。想象有两块相同的木头，假设我们用不同的方法使温度发生同样的改变；例如，一个是通过摩擦，而另一个是通过和散热器接触。如果这两块木头在新的温度下比热相同，那么整个物质理论就被推翻了。我们有非常简单的方法来确定比热，物质理论的命运取决于这些测量结果。在物理学发展史上，经常有实验能够宣判一个理论的生死，这些实验被称为 判决实验 。一个实验的核心价值只能通过问题提出的方式来揭示，而且只有现象的一种理论可以受到审判。两个相同的物体分别用摩擦和传热的方法达到相同的温度，然后测定它们在这一温度下的比热，这就是判决实验的一个典型例子。这项实验在大约150年前由伦福德完成，对热的物质理论进行了致命的打击。
以下摘录了伦福德自己的陈述：
人们在日常生活和工作中，经常有机会思索大自然的一些最奇特的运作，而且几乎不用花费人力和财力，只要利用那些仅为工艺制造而设计的机械，就可以进行很多非常有趣的哲学实验。
我时常有机会做这样的观察，而且我深信，时刻留意日常生活中发生的一切这一习惯，往往会带给我们有益的怀疑及研究和改进的合理方案。有些是偶然发生的，有些是在想象中畅游时发生的，还有的是在沉思极普通的现象时发生的。这些怀疑和研究与改进的方案，比哲学家工作时几小时的苦思冥想还要多。
最近，我在慕尼黑的兵工厂里参与监督大炮的钻制，我很惊讶，铜炮在被钻很短的时间中，就产生了大量的热；而被钻头从大炮上钻出来的金属屑更热（我在实验中发现，它们远比沸水要热）……
在上述的机械操作中产生的热究竟是哪儿来的呢？
它是由钻头在坚硬的金属上所钻出来的金属屑提供的吗？
如果是这样的话，那么根据潜热和热量的现代学说，它们的热容不仅会改变，而且要变得足够大才可以解释一切所产生的热量。
但是这样的变化并没有发生；我拿取了一定重量的金属屑，之后用一把很好的锯子从这个金属块上锯下同等质量的细金属条。令它们都处在沸水的温度，之后将它们浸于等量冷水中（水温为15摄氏度）。我发现盛有金属屑的水被加热的程度与盛有金属条的水完全一样。
最后，我们读到伦福德的结论：
在这个问题的推理中，我们不能忘记考虑最显著的情况，那就是在这些实验中由摩擦产生的热似乎是 无穷无尽的 。
无须多说，在与 外界隔绝 的物体或系统中，任何可以不受限制地连续增加的物体都不可能是 有质量的物质 ；对我来说，即使可能的话，也很难想到任何明确的事物会和这些实验中的热一样被激发和传播，除非它是运动。
如此，旧理论崩溃了，或者更确切地说，物质理论不适用于热流问题。正如伦福德所暗示的那样，我们必须重新寻找新的线索。要做到这一点，让我们暂时放下热量问题，再回到力学上吧。