朱顶余 何沛平 著
2003，4，公布于熵信息复杂性网站
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说明： 熵信息复杂性网站从2003年4月开始连载由朱顶余先生和何沛平先生著的《重力场中热力学的研究》。 西方传到中国的“科学”不应当是陈列品。它不仅应当在课题上讲授，也应当在实验室、工厂、大自然中验证，应当推进国人对科学的理解、掌握、运用。在这个过程中有不同的认识是自然的。有进一步的认识和提高就更值得鼓励。 朱顶余先生和何沛平先生在十分艰苦的环境中用一种非常顽强的精神研究着热力学中的重要问题。我们应当向他们的这种精神学习。也希望社会上的专家给以切实的帮助、指点和评价。 我们可以看意大利甲级足球联赛，但是我们不能仅是看外国的比赛，而不在国内修一个足球场。我们要搞自己的足球场，或者科学的辩论舞台，要有自己的运动员。 我们没有排外思想，但是也不应当有“科学”都是外来品的殖民地思想。 本网站能力有限，但是它愿意当科学的辩论舞台。 欢迎大家对朱、何二位的见解提出看法！ 熵信息复杂性网站编辑2003，4，4
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均熵方程的导出
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热力学方程组
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重力场中流体的温度梯度公式
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普适的热流定律的提出
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熵增原理新的表述
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地热成因新说
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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,
PC:223400,Tel:0517-2321498(办),2321673(宅),13952352906(手机),
E-mail:lshpp@public.hy.js.cn
简
介
我们研究重力场中的热力学问题,
已形成了新的理论框架。该理论超越(涵盖)了克劳修斯、开尔文创立的经典的热力学(描述孤立系统的热力学行为),
以及普里高津创立的近代热力学(描述封闭或开放系统的热力学规律)。重力场中的热力学可称为第三代热力学。
1
思路
为了使您方便地了解笔者对重力场中热力学问题的研究思路，现示意如下：
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2结论
在上述基础上我们提出了全新普适的热流定律及熵增原理表述, 同时对一些自然现象作出全新的探索(解释)。分别简介如下：
●傅里叶热流定律(Jq=-k▽T)升级为：“势焓(Hh为势能与焓两个量之和)热流定律
(Jqh=-k▽Hh )
”
。 势焓热流定律既适用于等势面也适用于非等势面,
当在等势面上势能不变,
Jqh=-k▽Hh就简化为Jq=-k▽T,
所以说傅里叶热流定律是势焓热流定律的特例。
●克劳修斯表述修正为：“热量不可能自动地由低势焓区传导至高势焓区”。换句话说：“传导热流总是自动地由高势焓区流向低势焓区，直至势焓平衡为止”,即热量传导的方向性由势焓差决定,
而不仅仅由温差决定。在非等势面上,
当势焓不平衡时，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),
也可能出现热量自动地从低温区
(高势焓区)传导至高温区
(低势焓区)
的情形(反克劳修斯过程),同时也不需付出耗散性代价,
即不产生其它影响；而在等势面上,因势能不变,
故焓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,
或热量总是自发地由高温物体传向低温物体。
●开尔文表述修正为：“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”。
●熵增原理修正为：“绝热封闭系统内的熵不可能永远变小；或绝热封闭系统内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),
当达到势焓平衡时熵减过程停止。在等势面上,
“在孤立系统内，任何变化不可能导致熵的总值减少”,这是完全正确的。
●上述结论可以帮助理解一些自然现象。在引力方向,引力能使介质内保持
稳定的平衡(势焓平衡)，如在我们的地球内外，重力场是大气层及地球内部沿重力线方向产生温度梯度的主要因素(并不全由热源因素形成的)，当地心的势焓值低于地球周围的势焓值时，热量将从地球周围的低温区传导至地心的高温区，直至势焓平衡时方无热量转移，这个过程就是绝对熵减现象，不需付出其它耗散性代价，地热是人类取之不尽的可再生能源(从地面低温区补充)
。
从宇宙空间看,高温星体向太空辐射光和热(熵长过程),而引力向星体中心逆温差传导热量补偿高温区的内能(熵减过程),这两种相反的热流将永恒地对峙着,实现热的大环流,
整个宇宙中的能源转换成为闭合链。所以说即使是有限的、静态的宇宙也永远不会出现热寂,宇宙的熵变量总和(对无限的时空积分)为常数,可以说宇宙中不仅质量、能量是守恒的,熵也是守恒的。过去，人们把不顾及力场作用归纳得到的熵增原理(是基于实验室、一般热机这些铅直高度不大的场合研究而得的)，推广到宇宙空间得到荒谬的热寂论，这个谜困扰人类达100多年之久，现在终于被我们用热物理的基础理论予以破解,
真正实现热寂的终结，同时完成了恩格斯关于“放射到太空中的热可以重新集结起来”
的遗愿
。
目 录
第一章“平衡态”
与 “非平衡态”热力学的简要回顾
第二章
对“平衡态” 等概念以及“热力学分类”的看法
第三章
“均熵方程”的导出
一. 由“定熵流动”导出,
二. 由“第二平衡条件”导出,
三. 由“等概率原理”导出,
四.
由“最大熵原理”导出
第四章
处于重力场中的平衡态体系内存在着稳恒的温度梯度！
一.由“均熵方程”导出,
二. 由“绝热稳定流能量方程”导出,
三. 由“相对论热力学关系式”导出,
四. 重力场导致温度梯度的实验报告,
五.对“重力场导致温度梯度”直观解释两则,
六.对一个误解的剖析
第五章
对几个问题的讨论
一. 关于净熵减的讨论,
二. 熵减的统计解释,
三.第二类热机,
四.
负的熵密度产生率
第六章
对几个定律的改进(建议)
一.普适的热流定律的提出,
二.对熵增原理表述的改进(建议)
第七章
几个重要推论
一. “热环论”-- “热寂” 的敌论, 二. 地热成因新说
第八章
现代与传统热力学理论的比较