<< 重力场中热力学的研究   >>   (  前   言  )  朱顶余  何沛平 著

● 均熵方程的导出
●    热力学方程组
● 重力场中流体的温度梯度公式
● 普适的热流定律的提出
● 熵增原理新的表述
●    地热成因新说
● 热环论的提出
 
前   言

热力学是物理学的一个重要分支, 它与力学、电学等学科相比显得非常抽象, 尤其是熵概念其隐晦难懂程度堪称物理概念之最, 正如克劳修斯本人所说的: "在头脑中掌握第二定律要比第一定律困难得多。" 在熵发展的里程碑上铭刻着一个个蜚声世界科坛的大师的名字, 他们是克劳修斯、开尔文、玻尔兹曼、麦克斯韦、吉布斯、爱因斯坦、爱丁顿、薛定谔、普里高津．．．．．．其中贡献最大的当属克劳修斯(ds=dQ/T))、玻尔兹曼(s=klnw)、普里高津(ds=dsi+ dse )。

伴随熵争论的百余年历程, 主要原因是将它外推得到宇宙热寂的结论, 因此为物理问题频繁讨论之最。反驳热寂的主要论点有玻尔兹曼的涨落说、麦克斯韦妖说; 以及现代的宇宙膨胀说, 该学说认为一个静态的体系总是趋于热平衡的, 但宇宙是膨胀的, 宇宙根本不能达到热平衡, 所以不会出现热寂, 使得热寂的争论趋缓。恕不知一个不膨胀的宇宙空间(如太阳系) 也看不到热寂的迹象。总之对热寂的解释都不是从基础理论出发而论证的。"热寂问题又被称为无法用观测和验证做出最后判决的学术问题"; "熵的问题还远未了结, 人们还在从不同的角度来研究、讨论"(冯端等著 《熵》) 。关于热寂的争论其难度和特点可以与500多年前"日心说"与"地心说"之争相比, 均属反对或修正常识性的见解, 这不但须靠科学理论和实验, 更要有十倍的勇气。

英国著名的物理学家开尔文勋爵(W. 汤姆逊) 于1900年4月17日在给20世纪科学祝辞中曾踌躇满志地说, 物理学的大厦已经建成, 今后物理家所能做的就只是剩下的一些细微末节的修补工作。在物理学的晴朗天空中, 仅仅有两朵微不足道的小小乌云, 即黑体辐射中"紫外区灾难" 和证明了光速不变的迈克尔逊--莫雷实验。在二十世纪初这两朵乌云卷起了漫天风暴, 分别导致了量子论和相对论的诞生。其实, 当时物理学的天空中还有第三朵乌云, 这就是麦克斯韦妖。不过当时开尔文醉心于他本人以及克劳修斯所提出的宇宙热寂说, 对这第三朵乌云视而不见罢了。

近代的比利时学者普里高津在热力学中引进了熵流的概念, 提出耗散结构理论, 使熵理论向前迈进了一步, 但是该理论并未给解决宇宙热寂带来希望。

熵增原理等理论在实践中与天文、气象、地热中热永不平衡的事实是不符的(仅认为温差是由热源造成的, 而不认为重力场对温差有贡献);在理论上, 对重力场中的平衡态体系内的描述(均温)与《流体力学》中的"绝热稳定流能量方程"及其"相对论热力学关系式"也是矛盾的, 可见热寂问题确为第三朵乌云。我们是名不见经传的中等学校教师，工作之余长期思考着这个问题, 其最后一道堡垒是：处在重力场中的绝热体系内有无稳恒的温度梯度？笔者近三年研究可乐观的回答, 这是肯定的！克劳修斯、开尔文啊！请原谅我们, 你们所发现的道路, 在你们那个时代, 是具有最高思维能力和创造力的人所为的。你们所创造的概念, 至今仍然指导着我们, 但是我们现在知道, 如果要更加深入地解决有关矛盾, 那就必须用新的概念和新的表述, 如同建立量子论和相对论一样去驱散第三朵乌云, 还物理学一个晴朗的天空。
力场对热流是否有影响？ 这将是能否完善熵理论的突破口。过去, 克劳修斯、玻尔兹曼等大师受历史的局限性未能完善它, 而近代的一些知识渊博、德高望重的科学家已看到了这一点, 如前苏联的理论物理学家郎道, 在其著作中已意识到引力场是克服热寂的原因, 愦憾的是他也未能添上这一笔。现在我们做到了这一点,我们发现"重力场中平衡态体系内存在着稳恒的温度梯度, 且不需付出熵流的代价"、"重力场势差与温度差一样都是热流动力"。由此提出更普适的热流定律和熵增原理表述，初步达到了用比较普遍的理论概括比较特殊的理论的目的, 如同相对论涵盖了牛顿力学一样。这不是发现一个外围的岛屿, 而是发现了科学新思想的一遍大陆, 它将使热力学再向前迈进一大步。这完全是好奇心、进取心, 怀疑、批判精神以及创造性思维的结果。

早在两千多年前, 亚里士多德就在他的《形而上学》中指出科学产生和发展要有3个条件：闭暇、学术自由、惊异。笔者认为还需要经费。我们是业余研究者, 最具有的是好奇心和坚韧不拔的精神, 而上述其它几个条件都是不具备的, 要时间思考这必定会影响本职工作, 要学习交流必须要有交通、通讯所需的经费(因为我们都处在小地方), 这些对我们来说都是要遇到常人难以想象的困难的。由于上述原因, 我们不被周围的同事或家人理解, 冷嘲热讽的有之, 被单位领导诽谤、羞辱的有之, 加之经济上的困扰, 使我们长期处于生活贫困、精神压抑的环境中, 然而我们在这个科学研究的瘠薄的土地上义无反顾、勇往直前, 顽强地坚持了下来。
 
我们俩对该课题的合作研究是从1996年春开始的, 笔者首先对熵概念作了分解的研究, 使其对熵理论有了深刻的认识；1999年底, 笔者运用分子运动论的方法, 提出了重力场中的理想气体内存在着稳恒的温度梯度的看法, 笔者合作成文,并于2000年上半年分别在中国物理教育网中《网上物理教学》理论物理版上发表过"引力导致熵减初探" 及"关于'重力场中气体温度分布'的探讨" 两篇论文, 这两篇文章虽然现在看来仅是初步的认识, 但为后来的思想飞跃奠定了基础。尔后, 笔者俩人通过若干次地讨论、质疑、整理、实验及其对外交流，形成了本书中的思想。

在过去的研究过程中, 我们上门或通过各种通讯手段请教过许多学者, 通过他们的指点、质疑, 使我们的认识产生很大进步。依先后顺序他(她) 们分别是：南京大学傅献彩、沈文霞、丁维平教授，湖南师范大学王身立教授,浙江大学盛正卯教授，新疆气象研究所张学文研究员, 江苏淮阴师范学院林志宗教授, 清华大学高炳坤教授、史琳教授, 南京大学张序余教授,北京大学赵凯华教授, 清华大学王怀玉教授等(这并不是说上述学者均已认可笔者目前的全部研究结论), 在这里笔者一并向上述各位表示衷心的感谢！
   
笔者现将研究资料系统地展现出来, 目的是请有关专家了解, 在论述中难免出现一些错误或不足, 敬请指教,以便趋于完善。更企盼引起更多的人士关注和支持！
何沛平  朱顶余
2003年1月30日联系人：何沛平, 江苏省涟水县高校招生办公室,

< 名人观点摘录 >

★前苏联理论物理学家朗道(L.D.Landau) 主张:在天体物理领域, 引力效应
更是有着举足轻重的重要作用。引力对热力学的影响相当于使系统受外界的干扰, 而且是不稳定的干扰。均匀分布的物质可以由于引力的效应演变为不均匀分布的团簇, 也正是由于引力的干预, 使得实际的广大宇宙的区域始终处于远离平衡的状态。
摘自《熵》科学出版社, 冯端等著 1992.9P.101               

★····有了引力之后, 热力学应如何重整？引力会不会带来新的"世界末日恐惧" ？应当承认, 这些问题还没有完全解决, 因为至今还没有一个完整的引力理论。 
摘自《熵与交叉科学》气象出版社,  方励之 "宇宙为何不热死", 1988.12, P.92

★尽管爱因斯坦的广义相对论、广义相对论中的空间弯曲使人们相当理解引力的性质了, 但说到引力秩序, 物理学就乱了套。关于受引力作用的系统的热动力学, 目前尚没有一致的看法或理解, 诸如引力场的熵之类的概念现在仍是模模糊糊, 没有清晰的表达。
在引力极微, 可以忽略不计的情况下, 气体便倾向进入一种均匀状态, 各处的温度和密度相似。然而, 受引力作用的系统则会集结, 变得不相似。
摘自第一推动丛书《上帝与新物理学》湖南科技出版社,1996.10, P.194
[英]保罗·戴维斯著, 徐培译