第四章对热力学第二定律限制条件的探寻.docVIP

对热力学第二定律限制条件的探寻 ——质疑热二并提出确切的解决方案 摘要：首先通对热力学第二定律根基的质疑，试图通过宏观和微观杂交找出违背热力学第二定律的结构；然后试图把我的探寻归结于一个具有明显“概率浓度差”的理想抽象模型；最后指出这种探寻的双面意义，无论真理是怎样，这种探寻多是帮助我们进一步揭露宇宙本质的。 关键词：对称原理、宏观和微观杂交、概率浓度差、熵减的因子、零势无限场 1 理论的提出 1.1 我对热力学第二定律的观点 首先，我承认热力学第二定律的普遍存在性，但我得指出它的根基并不深。各定律的大厦都建立在对称原理[1]的根基上，而热力学是建立在统计学的基础上，概率本来就是不稳定的，各种可能都可能出现。需要1.“量”和2.“概率”的均匀两个条件来做基础。若能把一个或两个基础都挖掉，这个定律就站不住脚了。而至今仍未颠覆这个定律，我个人认为这可能是因为它太普遍了，科学家们还未触动到它的根基。（以前是没有科学材料基础，现在是裹足不前，我提议在纳米技术的基础上把宏观和微观杂交）。 1.2 灵感的来源 记得我看到“麦克斯韦妖[2]”的提议时我是多么兴奋和赞成，然而反对者认为智能要消耗能量，我认为智能的能量是可以趋近于高阶无穷小的。我觉得人们忽略了智能和结构（信息）的作用。对比量子力学，能级就是一种限制，我把限制和约束物体的条件叫做门，我记得一次看到一则电视报道：一个地区的苗族人用在封闭的竹篓里放置诱饵的方法来捕捉黄鳝。竹篓的入口就是用竹片设计的一个门，黄鳝进去，竹片是顺的，出来时竹片就会扎住黄鳝的肉。多好的办法呀！假设竹片是智能的话（人的智能）它只消耗黄鳝的能量，就能够限制黄鳝只能进不能出了。如果分子是黄鳝，能不能设计一个“竹片”让分子只能进不能出呢？如果能，那么，概率的均匀性被破坏（低密度的分子可以通过门的限制往高密度的地方走，熵减）第二定律便很可能动摇。 2 我的设计 2.1 结构设计 我设计了一个可能性的模型，现在我把我的设计提供给大家，并加以粗略的计算。 图（a）材料的宏观结构 图（b）材料的微观结构 假设我造出了如（a）所示的由纳米微结构构成的宏观材料，空气分子将源源不断地从各侧面进入材料的第二内部，再从第二内部进入第一内部，最后从底面和顶面“吐”出。从而把无序运动的分子变成了有序的风，进而颠覆了热力学第二定律。 它的微观结构如图（b），由无数这样的纳米单元衔接而成。第二内部的间隔比较大，可容气体自由出入，若与材料外壁气体接触的表面积不够，对气体进入产生阻碍，可设计出间隔更大的第三内部，我不再做讨论。 第一内部与第二内部通过纳米门连接，这是最重要、最关键的一环，要求门只能让气体分子进入第一内部而不能出去，即要求门改变分子的空间分布概率，让分子从密度地的地方流向密度高的地方（我把引起这种现象的因子叫做概率浓度差，与浓度差引起的运动相反，是熵减的因子，浓度差是熵增的因子），从而完成上述熵减循环。 现在问题的关键变成了能否找到一种让气体能进不能出的门。现实中的门一般都是只能朝一个方向开的，开了能够自动关上的门可能是弹簧门。现在我们要模拟宏观做一个微观的弹簧门，我们没有木材，弹簧，转动副和挡板，我们有原子分子，氢键，共价键等。用氢键做弹簧（易拉开和能自动关闭）；用原子、共价键做转动副、挡板和门。挡板安在门上，朝一边开门时，氢键暂时打开，气体分子穿过门后又在氢键力的作用下自动合上，且门的开角被转动副附近壁面上的原子限制在90度内，防止门脱离氢键的控制范围；朝另一边开门时，挡板被挡住，门不能被打开。 这样，一个原子单向门就完成了，示意图（c） 图（c）门的设计 2.2 数据分析 我的工作还没完，下面我说明两个问题使成功的可能性更清晰一点。 第一个问题：好像有同学反对我说分子经过门要做功，能量会损失。不错，需要消耗多少能量是可以自己设计的，假设氢键的力过大，就可以改成范德华力。只要分子能够越过门，概率的天平就会倾斜，第二定律就自行隐退，分子消耗的能量可能会通过系统内部传热把损失的动能还给它，具体情况我不清楚，还需要实验去证明。 第二个问题是：第一内部的分子会把门堵住，不让第二内部分子进来。由于分子的速度很快（约500m/s），在每个很小的时间段内，分子都可以到达任何一个角落，门不是每时每刻都被堵上了？ 分析：这是个纯概率问题，与速度没有关系，分子不会在每个时刻到达任意一点，只是说明分出的足够小的时间段还不够小。只要分子的密度不达到每个时刻的每个面多有分子，门就会有用武之地的机会。（可能由此还能启发一种造分子脑的途径） 材料的系统，最终会达到一种平衡；第一内部与第二内部维持稳定的浓度差，因为