朱顶余 何沛平 著
2004，10，公布于熵信息复杂性网站
第八章 现代与传统热学理论之比较
为了帮助读者方便地了解传统的(A)及作者提出的热学理论(B),
针对一些热点问题,
现运用对比的方式介绍如下：
1 热力学定律的简短表述之比较
A：宇宙中的能量总和是个常数,
总的熵是不断增加的。
B：宇宙中的能量总和是个常数,
总的熵也是常数。
2
熵原理关于熵和序的描述之比较
A：当熵处于最小值,
即能量集中程度最高、有效能量处于最大值时,
那么整个系统也处于最有序的状态,相反为最无序(分子能量均匀分布,
即体系内各点温度都相等)
状态。熵增原理说明能源贬值的趋势,预示着自然界越变越无序。
B：在等势面上,体系自发过程总是趋于最无序这是完全正确的；而在非等势面上则不然,
绝热封闭体系的终极状态满足“均熵方程”
及“势焓平衡规律”,
即体系不同等势面上保持着额定的温度,
且不需付出耗散性代价来维持温差,
即体系在势场中总是维持着额定的有序状态。
其实笔者认为熵和序没有必然联系, 建议最好不要把两者扯到一起。
3 热力学之箭与时间之箭问题
A：熵增的方向性称为热力学之箭,
热力学之箭与时间之箭一样,
是单向性的。
B：在等势面上确实存在着热力学之箭
；而在非等势面上尤其是从宇观尺
度看, 既有热量从高温区(星体中心) 向低温区(星外空间) 的辐射过程(熵增), 也有热量从低温区(星外空间)自发(引力作用)传导至高温区(星体中心)的现象, 故热量转移是循环往复的,不存在热力学之箭, 因此熵变化与时间之箭无关。
时间箭头属唯象层次的描述, 是不严密的。
4 热流定律的比较
A：傅里叶热流定律为：Jq=-k▽T
B：势焓热流定律为：Jqh=-k▽Hh
势焓热流定律更具普适性,既适用于等势面也适用于非等势面,
因在等势面
上势能不变, Jqh=-k▽Hh就简化为Jq=-k▽T,
所以势焓热流定律涵盖了(超越了)
傅里叶热流定律,
或者说傅里叶热流定律是势焓热流定律的特例。
5 熵原理表述的比较
例1.
克劳修斯表述
A：(1)
不可能把热量从低温物体传导至高温物体而不产生其它影响。
(2)
热量总是自发地由高温物体传向低温物体,温差决定热量传导的方向性。
B：由势焓平衡规律可知,
热量总是自发地由高势焓区传导至低势焓区,
即热量传导的方向性由势焓(势能与焓两个量之和)差决定, 而不仅仅由温差决定。在等势面上,因势能不变,
故焓值差决定热量传导的方向性,
简化为由温差决定热量传导的方向性,
即热量总是自发地由高温物体传向低温物体；而在非等势面上,
既可以出现热量自动地从高温区(高势焓区)传向低温区(低势焓区)的现象(克劳修斯过程,
即熵增),
也可能出现热量从低温区
(高势焓区)
自动地传导至高温区
(低势焓区)
的情形(反克劳修斯过程,
即熵减),同时也不会削弱力场的强度,
即不产生其它影响或不付出其它耗散性代价。
克劳修斯表述应修正为：热量不可能自动地由低势焓区传导至高势焓区。
例2.
开尔文表述
A：(1)
不可能从单一热源吸取热量全部用来做功而不引起其它变化。
(2)
热转化为功是有限度的、有条件的,
但功转化为热却是能自发地、无条件进行的。
B：开尔文表述应修正为：在回避力场作用下,
不可能以消耗单一热源的热能为唯一代价而获取功。
例3.
熵增原理
A：熵增原理表述为：在孤立系统内，任何变化不可能导致熵的总值减少。
B：熵增原理应修正为：绝热系统的熵不可能永远变小；或绝热系统以可逆过程的熵增值为最小。即处于力场中的绝热系统内有时会出现反克劳修斯过程(熵减),
这个过程达到势焓平衡时才停止。
6 导致熵减原因之比较
A：耗散结构理论表明,
对于一个封闭或开放系统, 当外部向系统内输入负熵流时(即系统向外界流出的熵流大于系统内的熵产生),
可使系统内发生熵减, 维持非平衡定态,
该过程需要外界付出耗散性代价,
如果把系统内外一并计算其总熵仍是增加的,
这是不违背熵增原理的。
B：对于处于力场中的绝热系统,
如果开始时系统内是均温的,
但在力场作用下形成稳恒的温度梯度(势焓平衡),
此过程系统内发生熵减, 该过程不需付出耗散性代价,
这是不遵循熵增原理的。
7 熵理论决定的世界观的影响之比较
A：熵增原理告诉我们,能量沿着一个方向转换,
即从可利用到不可利用,
从有效到无效。无论在地球上还是宇宙或任何地方建立起任何秩序,
都必须以周围环境里的更大混乱为代价。熵长决定的世界观使人沮丧万分、心灰意冷,
让人绝望, 因为该理论认为世界总是在堕落之中,
我们厮守的今朝美景是难以长久的。
B：热环论表明, 在宇宙中,
能量的转换其贬值和增值两种相反的现象都是存在的,
即能量的变化可以循环往复,
遵循新陈代谢规律。引力是维持秩序的警察,
因此宇宙及人类的前景是美好的，人们应以乐观主义的态度面向未来。
8 熵理论与能源链的比较
A：退化
高温热能→各种形式的能源→低温热能
上图中,高温热能：如太阳辐射能；各种形式的能源：如由太阳能转换得到的可再生能源和不可再生能源；低温热能：即大气、水或太空中不可利用的热能。上图说明各种有效形式的能量转换过程最终都会变为无效能量(低温热能)，即能量转换过程总是贬值的(可用“覆水难收”
来形容),其全过程是单向的开环链。
B：退化
高温热能→各种形式的能源→低温热能
↑
进化
↓
从宇宙及星体看，既存在能源退化的过程(如上述A过程),
也存在能源进化的过程, 如太空中低温热能由于引力作用(即由势焓梯度驱动的热流)传导至星体中心成为高温热能(引力能回收已经贬值的能量)，此过程能量变化是增值的(可用“起死回生”或“力挽狂澜”来形容力场的作用),使得整个宇宙中的能源转换成为闭合链,
即宇宙中能量的变化是周而复始、循环往复的。