熱力學(xué)第四定律

王立功

（萬(wàn)寧興隆王立功科研中心，海南 萬(wàn)寧 571533）

1 問題的提出

按照傳統(tǒng)熱力學(xué)三定律，我們只能看到一個(gè)不斷衰落的世界。在這個(gè)世界里所有的熱過程都是從高溫降至低溫，都是熵在增加，物種在衰落、滅絕；恒星在衰變、死亡；行星和衛(wèi)星也都會(huì)逐漸停止自轉(zhuǎn)，歸于死亡。但我們看到的世界卻是另一番景象：嶄新的星系在誕生，新的物種在顯現(xiàn)；事物在由低級(jí)到高級(jí)發(fā)展。這些現(xiàn)象表明宇宙客觀存在另一種規(guī)律——熱力學(xué)第四定律。

2 熱力學(xué)第四定律

在北方，冬天洗了衣服晾在外面，已經(jīng)是凍得硬邦邦的了。到晚上，收衣服的時(shí)候，竟然發(fā)現(xiàn)衣服竟然差不多干了，這就是固態(tài)水分子的蒸發(fā)。這是北方日常生活里所見到的現(xiàn)象，在工業(yè)上應(yīng)用得更加廣泛，比如凍干血漿、凍干水果、凍干蔬菜等，這樣可以避免高溫烘干過程對(duì)物料的損壞，保持物料的生鮮特性。

3 高溫下的熱力學(xué)第四定律

熱力學(xué)第四定律在常溫或者低溫情況下適用，在高溫下一樣適用。

3.1 第一次工業(yè)革命的蒸汽革命

英國(guó)人瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)，掀起了人類第一次工業(yè)革命。燃燒木柴或煤炭使鍋爐里中的水蒸發(fā)，推動(dòng)活塞連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)，使列車在鐵軌上飛奔，效率遠(yuǎn)高于馬車。之后，又用蒸汽推動(dòng)紡織機(jī)、發(fā)電機(jī)、航海的輪船等。蒸汽革命也是一次科學(xué)革命。這次科學(xué)革命使生產(chǎn)力大大提高，也大大改變了生產(chǎn)關(guān)系，人類第一次進(jìn)入了資本主義時(shí)代，社會(huì)的發(fā)展像插上了騰飛的翅膀。無數(shù)的人贊嘆第一次工業(yè)革命的成就，但沒有一個(gè)人正確提出來，這是熱力學(xué)第四定律起的作用。

3.2 太陽(yáng)大氣層的怪現(xiàn)象

天文學(xué)家們一直感到奇怪，為什么太陽(yáng)的大氣層遠(yuǎn)高于太陽(yáng)表面的溫度？其實(shí)這也是熱力學(xué)第四定律“導(dǎo)演”的杰作。人們一定會(huì)問，熱力學(xué)第四定律的機(jī)理是什么？影響熱力學(xué)第四定理的因素有哪些？

4 熱力學(xué)第四定律的機(jī)理

我們知道液體的表面和內(nèi)部是非常緊密的，在外部施加很大的壓力，也很難使液體的體積縮小。可以想象，平靜的液體表面是一層一層排列的，每一個(gè)原子或分子的下面基本上有三個(gè)原子或分子在支撐。而對(duì)于所有的原子或分子，他們熱振動(dòng)的方向、幅度、強(qiáng)度都是不可知的，我們了解的只有它們的平均溫度或平均熱能量。但我們也知道，一定有處于液體表面的原子或者分子，它們正好受到了下面三個(gè)原子或分子的強(qiáng)力推動(dòng)，得到了向上飛的強(qiáng)大能量，超過了地球引力的束縛，騰空而起。下面第二層的原子或分子的能量損失過多，溫度下降。

4.1 地球表面水的蒸發(fā)

我們可以想象，由于地球的質(zhì)量巨大，地球的引力場(chǎng)使鍋爐內(nèi)的水分緊密接觸。隨著平均溫度的上升，能夠達(dá)到騰飛的分子增加，鍋爐內(nèi)蒸汽的壓力也逐漸提高。根據(jù)爐火燃燒的情況，也就是能量繼續(xù)供應(yīng)的情況，以及所需蒸汽壓力的要求不同，能量支出達(dá)到平衡時(shí)，水溫與蒸汽溫度會(huì)達(dá)到一定的平衡，同時(shí)，保證排出的蒸汽量達(dá)到要求。這當(dāng)然需要有一個(gè)控制的機(jī)構(gòu)，即一個(gè)利用轉(zhuǎn)速控制汽量的裝置。可以認(rèn)為，生產(chǎn)蒸汽就是制造原子分子層面的宇宙飛船群體，所以，蒸發(fā)潛熱遠(yuǎn)高于冰的融解潛熱。

4.2 太陽(yáng)表面分子的蒸發(fā)

太陽(yáng)的表面稱為“光球”，太陽(yáng)光球的溫度是靠顏色確定的。這是因?yàn)槲矬w會(huì)隨著溫度的升高而改變顏色。通常情況下，600℃時(shí)為深紅色，1 000℃時(shí)為鮮紅色，1 500℃時(shí)為玫瑰色，3 000℃時(shí)為橙黃色，5 000℃時(shí)為草黃色，6 000℃時(shí)為黃白色，12 000～15 000℃時(shí)為白色，25 000℃以上時(shí)為藍(lán)白色。光球外面是太陽(yáng)大氣，依次稱為“色球”和“日冕”。肉眼只有在日全食時(shí)才能看到色球和日冕。光球的顏色呈黃白色，因此，我們可以估計(jì)它的溫度大約為6 000℃。

日冕的顏色呈青白色，溫度高達(dá)25 000℃以上，甚至高達(dá)1.0×106～2.0×106℃，這是經(jīng)過多重碰撞能量提高的結(jié)果，也是第四定律可以解釋的。

5 形成熱力學(xué)第四定律的條件

5.1 有相當(dāng)?shù)馁|(zhì)量集中度

能夠使液態(tài)分子受到引力中心的吸引，緊密地互相接觸，從而使混亂的分子熱運(yùn)動(dòng)碰撞能量提高的過程成為可能。比如日冕區(qū)域雖然遠(yuǎn)離光球，但由于太陽(yáng)的巨大引力，日冕中的粒子仍然可以依靠第四定律的機(jī)理不斷繼續(xù)提高溫度水平。實(shí)際上，高溫輻射現(xiàn)象就是熱力學(xué)第四定律提供的條件。

5.2 有相當(dāng)?shù)臏囟?/h3>

能夠進(jìn)行分子的熱運(yùn)動(dòng)碰撞，比如太陽(yáng)系小行星帶內(nèi)的星體，由于不能維持溫度，所以，無法觀察到熱力學(xué)第四定律說明的現(xiàn)象。

6 補(bǔ)充了對(duì)宇宙的認(rèn)知

宇宙不再是單向冷卻的環(huán)境，那樣的宇宙根本不會(huì)形成，也不會(huì)存在；從一處原始?xì)錃庠崎_始，在引力作用下逐漸形成星系，體積縮小，質(zhì)量集中，開始了星系的生命過程，即由低級(jí)到高級(jí)的星系生命全過程。

達(dá)到核聚變程度的星體開始向四周發(fā)射粒子離子光子等，使物質(zhì)同時(shí)進(jìn)行分散進(jìn)程，在遙遠(yuǎn)的空間逐漸形成新的氫氣云。宇宙的各個(gè)部分在不斷進(jìn)行這樣的聚集和分散的現(xiàn)象，但每一處的氫氣云不同，星系的情況也不會(huì)相同。