朱顶余、何沛平的几点补充说明:

(2002,8,18)

 公布于熵网站

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一、最近从我们与一些学者们交流的情况看, 对我们的熵理论研究质疑大多是概念问题, 如研究力场中热力学问题属于平衡态还是非平衡态?现说明如下:

 平衡态原理告诉我们: 一个孤立的热力学系统, 不管它原来处在什么状态, 经过一定的时间后, 总会自发地趋向平衡态, 并保持这个状态不变(见《热学》李洪芳著, 复旦大学出版社 199412月第八版 P.19) 。上述定义表明:  1. 孤立系的平衡态具有永恒性即属于一种定态;  2. 无熵产生、无熵流;3. 属终极、死寂、归宿状态, 其状态函数熵取得极大值。

根据平衡态的特点(熵函数存在极值), 可导出平衡态体系必然满足“均熵规律”及“势焓平衡规律” ,此乃平衡态的两个平衡条件, 只有当其处于无力场空间或等势面上, 势焓平衡条件才简化为温度平衡条件。而均熵规律则在任何场合下的平衡态体系都必须满足, 由此可知温度平衡条件仅为势焓平衡规律在无力场空间及等势面上的特例。故真正普适的两个平衡条件应为“均熵方程”及“势焓平衡规律”

 我们对平衡态与非平衡态概念讨论列表如下:

类型 特点 成立条件
狭义平衡态 定态、无熵流、无熵产、熵达极大值、必均温(温度平衡) 出现于无引力场或等势面上
狭义非平衡定态 稳定、有熵流、有熵产、熵未达极大值、有温度和密度梯度(由熵流决定) 出现于无引力场或等势面上
广义平衡态 稳定、无热流、无熵产、熵达极大值、可有温度梯度和密度梯度(势焓平衡) 也适用于有力场空间
广义非平衡定态 稳定、有熵流、可有熵产、熵未达极大值、均温或有温度梯度及有或无密度梯度(由比熵梯度决定) 存在于有或无力场空间

上述讨论可知, 对于力场中处在无熵流(如无热流) 、无熵产, 但存有(由力场导致) 稳恒的温度梯度这类定态就可归类了, 即属广义平衡态(势焓平衡, 这比温度平衡更普适), 而不是非平衡态。过去我们称为非平衡定态属妥协言词是不对的(因为非平衡定态必须以负熵流为代价, 而力场导致的温梯无熵流伴随), 现予说明。

 二、对热力学分类的看法

 相对性原理表明, 物理规律在所有惯性系(惯性定律能成立的参照系)都是相同的, 而从惯性系过渡到非惯性系时就不能保证其规律的不变,前人已公认的如力学、电磁学、光学在惯性系与非惯性系中其规律的表述有别, 这有大量的例证。今天,我们发现热力学规律也不例外, 在惯性系中(惯性系等效于无力场作用的自由空间或等势面上), 热力学体系遵循经典的热力学第零、第二定律及傅氏热流定律;而在非惯性系中(力场等效于非惯性系), 传统平衡态原理及其相关的热学定律是不适用的, 因为力场中孤立体系的终极态虽存在着稳恒的温度梯度但无热流, 其当属(广义)平衡态。故可将经典的热力学称为惯性热力学, 而将注意力场效应的热力学称为非惯性热力学, 这就理顺了传统热力学与非惯性热力学的关系。总之,热力学体系的规律与其所处的参照系类型有关(具有相对性)。我们侧重讨论含力场效应的(非惯性)热力学问题。

三、两段摘录

1. ····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

 

2. 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