作者: 王季陶

不要把

Clausius的1865年(研究15年后)热力学第二定律完整表述

当作否定或 ≡

Clausius的1850年(早期)热力学第二定律表述

 自然科学家可能认为: 热力学第二定律是一个近代科学领域中很基础的定律, 是每一位学者都应该也实际上了解得很清楚的. 正如C.P. 斯诺 (C.P. Snow)在《两种文化》(The Two Cultures)一书中所说:

【我经常会遇到很多这样的人: 按照传统文化的标准来看, 他们算得上是受过高等教育的人, 这些人喜欢兴致勃勃地表达自己对科学家的怀疑. 有那么一两次, 我被激怒了, 就问他们谁能描述一下热力学第二定律. 结果一下子冷场了, 没有人能说得上来. 在科学界来看, 我问的这个问题其实就相当于问人文领域的人: “ 你读过莎士比亚的作品吗?” 】

应该说: 斯诺和《历史上最伟大的10个方程》的作者把 “热力学第二定律”看得还是过于简单. 且不说上百年来热力学教科书中几乎完全没有: 1865年Clausiu热力学第二定律的完整表述的内容(参见前两篇博文: 【科普】热力学第二定律: 1. 一句完整的表述和【科普】热力学第二定律: 2. Great 克劳修斯), 而且就连熵增原理和它的数学表达式也常常被人用错. 尽管教科书中把熵增原理的数学表达式写得也很明确: “(DS)_iso ≥ 0” 或 “(dS)_iso ≥ 0” 并且说明它仅仅适用于孤立系统或绝热过程. 有时还指出: 熵增原理仅仅是热力学第二定律数学表述的一个重要推论, 而不是热力学第二定律的全部.

遗憾的是, 上百年的热力学教科书几乎把1865年Clausiu深入研究15年后的热力学第二定律完整表述进行了隐藏或阉割, 同时对更具有普适性的熵产生原理也没有足够的介绍. 结果就形成一个近代科学中罕见的上百年来物理学家并没有真正学好热力学第二定律的局面(参见百年来物理学家没学好的热力学第二定律和高年级本科生可以一学就懂的复杂系统热力学第二定律). 连世界顶级物理大师索末菲在20世纪40年代也都深刻地领悟到: “热力学是一个有趣的课题. 当你第一次思考它时，你完全没有弄懂它. 当你第二次思考它时，你认为除了一两个细节以外, 你是把它弄懂了. 当你第三次思考它时，你才知道并没有弄懂它, 但是这时你对它已经很习惯了, 它也不会再来找你麻烦了.” 20世纪写过两本和热力学相关专著的美国资深学者Truesdell (1919-2000)也说过: “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.”

这些问题的根本原因至少是上百年来, 都没学好用好1865年Clausius的完整热力学第二定律表述所引起的. Clausius在1865年的著名论文中就明确地说: “第二定律, 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.” -- R. Clausius, The Mechanical Theory of Heat, London: John van Voorst, 1867. Ninth Memoir. p. 364.

目前的绝大多数热力学教科书中也只介绍: 1850年Clausius早期对只有自发过程简单系统的表述, “不可能把热从低温物体传到高温物体而不发生其他变化。”和1851年Kelvin对只有自发过程简单系统的表述“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。” 等. 实际上它们仅仅相当于, 1865年Clausius深入研究15年后提出原汁原味的热力学第二定律完整表述的前半句话—即只有自发过程不需要补偿的简单系统热力学第二定律, 而后半句—包含自发/非自发过程耦合(或补偿)的复杂系统热力学第二定律就被完全阉割或隐藏了.

这一严重情况在科学网上也表现为: 先入为主, 颠倒是非, 错不忍睹, 共同学习. 为什么说: “颠倒是非, 错不忍睹”? 主要在以下两方面:

1.      编造流言蜚语, 代替学术讨论.

例如, 曹天德博士编造: “还没有人能从根本上否定或和修正热力学第一、二、三定律，也包括您。” 其实只要看是谁试图继续隐藏, 阉割或从根本上否定1865年Clausius热力学第二定律的完整表述和熵产生原理, 问题就一清二楚. 显然这是一个大是大非的问题. 说白了就是曹天德等在颠倒是非, 散布流言蜚语. 把Clausius的1865年(研究15年后)热力学第二定律完整表述当作否定Clausius的1850年(早期)热力学第二定律表述而对立起来. 例如: 曹天德博士在2009-10-13博文“挑战者众、成功者寡 …”(可能已被曹天德本人删除)中的意见：“大多数挑战（含怀疑）物理经典的话题本身就存在理解上的严重错误，更别说对推动物理学进展有所贡献 …。所以，挑战是要有实力的，请谨慎从事。” 对此我还表示支持过(参见: 现代热力学5:第二定律a). 约2年后的最近在我的博文热力学第二定律学术讨论: 刘全慧老师的差错和进步后[6]曹天德  2012-10-7 12:41评论说: “…我还是以前的话，还没有人能从根本上否定或修正热力学第一、二、三定律，也包括您。… 还是不能从根本上去发展热力学呵。” 这样就明确了: 曹天德博士是在赤裸裸地颠倒是非. 明明是曹天德等人在竭力反对我大力宣传1865年Clausius的热力学第二定律完整表述, 和熵产生原理. 这难道不是曹天德想否定热力学第二定律, 却试图倒打一耙. 正确地说, 应该是: 曹天德博士等人如妄想通过编造谎言, 继续阉割, 隐藏, 或从根本上否定1865年Clausius的热力学第二定律完整表述和熵产生原理是决不可能得逞的. 科学发展的历史车轮必将滚滚向前, 热力学第二定律必将日益发展和完善.

2.      转移目标, 把学术讨论转变成对人不对事.

如前所述, 曹天德博士编造: “还没有人能从根本上否定或修正热力学第一、二、三定律，也包括您。” 实际上曹天德就是说: “您”王季陶大力宣传介绍1865年Clausius的热力学第二定律完整表述就是否定现在教科书中的1850年Clausius的热力学第二定律只有自发过程简单系统表述. 遗憾的是我在1865年尚未出生. 此前就有以 “你(指王季陶)的熵产生原理”来指反对熵产生原理的情况. 切切注意: 不要转移目标, 把学术讨论转变成对人不对事.  

在写最近博文时, 回顾了一些我的过去博文, 评论和回复: 例如 正熵产生原理（普及版）, 熵产生的计算, 熵产生也是状态函数的变化值, 熵产生也是状态函数的变化值（续）, 热力学第二定律熵产生原理的形象化阐明, 不要犯熵增原理PK熵产生原理的基本错误, “ 熵产生原理” 是批判热力学领域伪科学的有力武器, 热力学第二定律熵产生原理的形象化阐明, 百年的熵产生原理确立是定局, 熵增原理 ≠ 热力学第二定律, 把熵增原理用于开放的生命系统是谬误!, 反对曹博士说假话, … 保留着不少原始记录历历在目. 殷切希望这些“颠倒是非, 错不忍睹”的情况, 不要再发生! 一句话: 曹天德等人基本上从未认真看过我的书和正式的论文, 更不要说Clausius等的原始文献了, 提不出任何一条相像的学术理由, 根本就不是学术讨论.

同时也要感谢这些错误的反面作用, 使我接连写了两篇简洁明了的 “一句话”: 【科普】热力学第二定律: 1. 一句完整的表述和【科普】热力学第二定律: 4. 一句话的熵产生原理, 作为共同学习的回报.