百年来物理学家没学好的热力学第二定律

作者: 王季陶

前提

“百年来”说明了时间范围大体上是20世纪初以来. 前提是19世纪就要有人“教好”热力学第二定律. 19世纪至少有这样一位大师做到这一点. 他就是大名鼎鼎热力学学科最重要的奠基人Rudolf Clausius(1822-1888).

1865年Clausius的完整热力学第二定律

他说: “第二基础原理, 在我所给出的形式中, 断定在自然界中的所有转变可以按一定的方向, 就是我已经假定是正的方向, 而不需要补偿地由它们自己进行; 但是对相反的方向, 就是负的方向, 它们就只可能在同时发生的正转变的补偿下进行. (The second fundamental theorem, in the form which I have given to it, asserts that all transformations occurring in nature may take place in a certain direction, which I have assumed as positive, by themselves, that is, without compensation; but that in the opposite, and consequently negative direction, they can only take place in such a manner as to be compensated by simultaneous occurring positive transformations.)” -- R. Clausius, The Mechanical Theory of Heat, London: John van Voorst, 1867. Ninth Memoir. p. 364.

当前的现实: 只学了半句

如此重要的Clausius的热力学第二定律完整表述居然被上一个世纪的几乎所有热力学教科书所隐藏或阉割掉. 目前的绝大多数热力学教科书中只介绍: “不可能把热从低温物体传到高温物体而不发生其他变化。” 称为Clausius表述, 以及“不可能从单一热源取热使之完全变成有用的功而不产生其他影响。” 称为Kelvin表述等. 它们相当于Clausius的热力学第二定律完整表述的前半句话.

一位资深的美国教授评价

Truesdell (1919-2000): “每一位物理学家都知道什么是第一和第二定律, 但是根据我的经验没有两个物理学家对它们的认识是相同的. (Every physicist knows what the first and the second laws mean, but it is my experience that no two physicists agree on them.)” 他的宝贵经验和当前的现实值得我们深思和变革.