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第十一章:热力学中的幽灵

第十一章:热力学中的幽灵

http://blog.sina.com.cn/s/blog_12b10c5920101ftk5.html

有序和无序总是同时出现的,这可能是生命出现的规则,也可能是宇宙创立的规则。

——普里高津

  “我们始于迷惘,但终止于更高的迷惘”,用这句话来形容人们对热力学的认识是恰如其分的。当热力学
第二定律确立以后,人们就发现,如果它适用于整个宇宙,那么宇宙就注定要衰败下来,从而走向一种热力学
平衡状态,即最大的无序状态,然后就再也不会发生什么令人感兴趣的事了。物理学家把这种令人沮丧的前景
称为“热死”。现在的问题是,宇宙真的要不可挽回地坠入混沌吗?如果仅仅从一些局部的实验来看,热力学
第二定律显然是正确的,但令人真正不解的是,为什么真实的宇宙并没有达到热死状态,而且组成宇宙的基本
构件——原子这些典型的有序结构也并没有按照热力学第二定律的意志单调地走向无序。不能否认,热力学中
隐藏着一个让人难以理解的幽灵。


  热力学第二定律指出:热不可能独自地、不付出代价地从冷的物体传向热的物体。这就是说,在冷和热这
对矛盾中,高温物体可以自行将热运动传向低温物体,低温物体却不能自行将热运动传向高温物体。克劳修斯
还引入了熵的概念来反映这种变化的运动过程和方向。在一个不与外界发生相互作用,即不与外界发生物质和
能量交换的孤立系统中,熵的变化总量总是大于零或等于零。这就是熵增加原理,熵的大小反映了一个系统中
微观粒子热运动所引起的无序程度。一个系统从有序趋于无序,从不平衡到平衡,熵的值也趋于极大。

  克劳修斯在建立热力学第二定律过程中做出了突出贡献,这是众所公认的,但他由此延伸出的“宇宙热寂
说”却大大令人懊恼。根据克劳修斯的观点,宇宙的总能量分为两个部分,其中一部分(较高温度的热、机械
能、电能、化学能等等)还可以部分转化为功,而另一部分则不能,因为它已经转化为热并在较冷的物体内贮
积起来,这部分以第一部分能消耗为代价而不断增加的能量被克劳修斯称之为“熵”(即内向的力),熵已不能
再转化为机械功,所以对继续作功来说已无可挽回地失去了。由于每天总有更多宇宙的机械能转化为热,而热
又不能复返为机械能,这样热和能的总量就必然要越来越分散和降低,所有的温差最后必将消失,完全被束缚
的热也必将均匀地在唯一一堆具有惯性的固态物质中散布开来;当这个熵的最大值被达到时,一切有机生命和
所有的有机运动都要停止,真正的“世界末日”就要来临。

  宇宙热寂说提出以后,宗教神学和各种唯心主义大加渲染,利用它来作为上帝创始说和世界末日说的“科
学依据”。无疑,假如说宇宙真有一个有限的有序量,而且是在不可逆转地向着无序变化,最后达到热力学平
衡,那么就意谓着宇宙有一个有限的开始和有个有限的结束。宇宙开始时的运动和各种运动的形式是从哪里来
的呢?达到平衡以后的宇宙又是怎样重新起动的呢?这一切就只有求助于外来超自然神灵的推动。例如1951年
,罗马教在题为《从现代科学来看上帝证明》的演讲中,就把宇宙热寂说作为“承认宇宙有个神圣的造物主”
的证明。

  热力学第二定律的单调性震惊了世人,它似乎要求有序让位于无序,复杂有序的结构倾向于衰退成无序的
最终简单状态,最后宇宙不可挽回地坠入混沌,难道宇宙真的要消沉在自己的熵里?宇宙热寂说一出笼,立即
遭到有哲学头脑的思想家和科学家的激烈批评。因为这个学说直接违背了能量守恒和转化定律。按照能量守恒
和转化定律,宇宙在发展过程中其内在运动总量是不变的,而在宇宙热寂说中,运动竟然会在从有序到无序的
过程中消失了,如果要重新启动这个死寂的宇宙又必须重新注入能量。显然,能量并不会真的无中生有的被创
造或被消灭,物质运动的总量也是不变的,但这些能量转移到哪里去的呢?

  人们也许会这样想,会不会有一种人们尚不知道的机制把能量会聚起来,并在适当的时候又重新释放出来
。毫无疑问,如果我们不想企求超自然神灵来制止宇宙的热寂,就只有探索出这样一种办法。伟大的思想家恩
格斯就这样预言:“放射到太空中的热一定有可能通过某种途径转变为另一种运动形式,在这种运动形式中,
它能够重新集结和活动起来。”在科学上,许多科学家也正是顺着这一思路,坚持不懈地埋头于观察和实验之
中,期望着终有一天把这个规律揭示,在所有物理学家中,麦克斯韦就是其中最著名的一位。

  麦克斯韦很早就注意到,热只能自动地从高温物体传向低温物体,最后达到热平衡,这是一个不可逆的过
程,在这个平衡系统中,各个运动质点的速度并不完全相同,而是有快有慢,服从麦克斯韦速度分布律,一般
只是用统计方法求得它们的均方根速率,求出其速度的统计平均值,来表征其宏观温度。麦克斯韦针对这种情
况,设计了一个能自动把运动速率快和运动速率慢的质量分开而又不消耗能量的“妖怪”,这就是科学史上有
名的“麦克斯韦妖”。

  麦克斯韦的设想是这样的,在一个充满空气的容器中,无论起始状态如何,根据热力学第二定律,它最后
必然达到平衡状态,在整个容器中,温度处处都是均匀的,此时,根据分子运动速率平均律,我们知道每个分
子的运动速率是不等的。这样,设想用一个隔板,把密封的容器分成A和B两个部分,在隔板上开一个小门,再
设想有一个能看清一个个分子、并能判断分子速率大小的“存在物”,由这个“存在物”根据自己的判断来打
开或关闭小门,使快分子从A到B,慢分子从B到A,这样就可以不消耗能量而提高B部分的温度,从而使趋向于
温度均匀的体系又变成温度不均匀的体系,这种设想就和热力学第二定律发生矛盾,使不可逆变成可逆的了。

  可惜的是,精心的观察证明,麦氏妖虽然神通广大,但它干不了开动永动机的活,因为小妖也不可能不消
耗能量。比如在20世纪20年代,列奥·斯济拉得曾详细地研究了麦氏妖的工作情况,他发现,那妖怪若想把这
事儿办成,就必须知道确切信息,知道向它接近的分子运动速率有多大,但是,知道这些信息必须付出一定代
价,而付出的代价就是熵的增加,很明显,麦氏妖并不能击败热力学第二定律。

  热力学第二定律禁止任何人将那无情的熵降下来,为了驱除这里的幽灵,物理学家们也是前赴后继。在物
理学史上,另一位对热力学问题付出毕生精力的是统计热力学先驱波尔兹曼。他发现,在一个稳定的平衡态附
近,虽然主要的趋势是趋向平衡,但仍存在着许多不平衡现象,如弛豫、输运、涨落等不平衡运动过程,而且
在这些过程中,不时有一些有序结构的产生,更为重要的是,既使系统达到了热力学平衡状态,系统能量也不
会消失,而是以大量分子的无规则运动的形式存在,例如分子的布朗运动,在这些局部的不平衡运动中,仍可
以时时发现,一些分子由于内部或外部的原因而处于一种合作状态之中,尽管它又很快地离散开来,但却说明
了有序的产生并不是绝对没有可能,这些现象给波尔兹曼很多的启示,他认为,宇宙的有序状态是由一些对平
衡状态的偏离之间的协作造成的,这种偏离十分罕见,甚至罕见得无法想像。他的立论基础是简单的:如果我
们加倍地放大时间和空间尺度,既然有序结构能在这些处于平衡状态的系统中产生,那么人们便可以相信更大
的协作区域也会偶然地最终出现,假如给宇宙足够的时间,人们就可能设想在无限的宇宙之中,迟早会偶然地
形成所有的恒星、所有的星系,尽管出现这种不可能得近乎荒唐的事件是不可思议的,即无限连续偶然之中产
生了宇宙,但这不是绝对没有可能。

  波尔兹曼对宇宙成因的解释,没有几个物理学家愿意相信,因为即使偶然地形成这样一个宇宙,根据概率
论原则,趋向于无序的几率远远大于趋向有序的几率,那么,任何一个系统的秩序都会毫不迟疑地走向无序。
事实上,并没有出现这样的情况,自然秩序是相对稳定存在的,这就从实践上反证了用概率论解释自然秩序的
荒谬。然而在物理学上,自从麦克斯韦和波尔兹曼用概率论原则解释了热力学第二定律、特别是在量子力学出
现以后,人们理所当然地把概率论作为自然规则来套用于对自然秩序的解释。这种情况使得在二十世纪里,对
于非平衡态,人们除了根据热力学第二定律指出,孤立系统即与外界不发生物质和能量交换的理想系统最终必
然趋于平衡之外,再也没有给出更多的知识。

  如何正确地认识热力学第二定律,是当代科学家争论最多的话题。不过,大多数科学家争论的不再是规律
本身,而是热力学第二定律成立的条件和使用范围。这是因为一百多年来科学发展证明,在封闭系统中,在平
衡态或接近平衡态时,熵增加是普遍存在的、不可逆转的。企图否定它、推翻它是根本不可能的。但是,热力
学第二定律是在绝热过程(孤立系统)中,当物体系统处于平衡状态时得出的,因此,不少科学家认为,熵增加
原理只有在孤立系统中才成立,如果系统与外界交换热量,熵不一定增加,远离平衡态时,熵不一定增加。这
样的立论基础是这样的:一个达到热力学平衡的系统,从宏观上看是平衡的,系统不随时间变化;但从微观上
看,局部又是非平衡的,如果认为有序是从非平衡中产生的,那么我们就可以在不违背热力学第二定律的情况
下解决自然界的有序和无序的问题。

  事实上正是这样,近三十年来,热力学和统计物理学研究的前沿,进一步伸展到远离平衡态的非线性区,
在这里,人们又发现了在远离平衡态的开放系统中一些有序和无序之间转化的普遍规律,从而推动了现代科学
的又一次革命。这场革命是从普里高津提出耗散结构的理论开始的。以普里高津为首的布鲁塞尔学派注意到,
客观世界普遍存在着一种与平衡结构不同的耗散结构,它与平衡结构例如晶体、铁磁体、超导体等,有不同的
来源和不同的特点。耗散结构的共性是存在于开放系统之中,这种组织需要与周围环境进行物质和能量交换才
能维持其生命力。然而,仅仅是开放系统并不能保证出现这种结构。只有在系统保持远离平衡和在系统内部不
同元素之间存在着非线性的相互作用机制的下,耗散结构才能出现。

  耗散结构理论的出现对现代科学有着革命性的意义,这不仅仅是因为它把对热力学的认识放到真实的普遍
联系的自然之中,更重要的是,它从另一方面揭示了自然界本质的不对称,显而易见的事实为,自然秩序是普
遍存在的,如果认为这些秩序必须产生于自然界的不平衡之中,那么,自然界只可能是在不平衡运动中存在的

  十九世纪有两大科学理论同自然界的演化有关,一方面是达尔文揭示的在生物界中从无序到有序,从低级
秩序到高级秩序发展的趋势;另一方面就是克劳修斯等揭示的物质世界从有序向无序的退化,热力学第二定律
便是证明。这两个定律看起来是矛盾重重的,但对于一个统一的物理世界而言,显然不可能存在单独适用于生
物系统或非生物系统的规律,自然规律是普遍有效的。这就意谓着两个演化规律有着某种必然联系,很可能可
以统一到一个理论之中。在这种思想指导下,科学家们不断完善了已有的理论,更深刻地揭示了自然界有序和
无序之间的统一性。

  在以往波尔兹曼对热力学问题的研究中,曾断言存在着某种形式的永恒。其实这种永恒就是有序和无序之
间转化的普遍规律。根据能量守恒定律,一个系统从不平衡走向平衡,能量是不可能消失的,但这种能量是以
怎样的形式存在的呢?系统又是怎样保持整体上的一种平衡状态呢?谨慎的观察可知,在达到平衡态的系统中
,能量是在更为微观的物质不平衡运动中存在的,具体地说,微观的物质是在不断的周期组织与离散中存在的
,不平衡不断在微观产生有序,不过这种有序是不稳定的,它马上就会沦于无序,并释放内聚的能量重新在周
围产生不平衡,而这种不平衡又会使混沌的物质重新产生有序,以此往复,能量便在这永恒的不平衡运动中存
在下来,系统也就是在微观这种永恒的不平衡的运动中保持整体的平衡态的。

  在近代自然科学的发展过程中,人们习惯于把生物等价于生命,今天这种观点随着系统论的发展变得荒诞
起来,因为系统论的研究显示,生命是一种普遍的自然现象,它存在于组成宇宙的任何一个事物之中,不管是
无序存在的混沌物质,还是有序存在的物质集合,它们都是有生命的,也都是在紧张地相互压迫与反抗中存在
的,生命的意义就在于反抗,反抗使一些物质不断组织起来一致对外,从而组成了一系列秩序存在的实体,同
时,有限的反抗能力也使许多实体在周围物质的压迫中不断走向灭亡,能量就是对物质的这种紧张作用的一种
生动的描述。

  混沌的物质运动本身是不可观察的,我们只能通过对一系列有序实体从产生到灭亡的过程来理解生命的本
质,因此,狭义上的生命仅仅是在反抗外在世界变化中秩序存在的实体。系统秩序的出现不是偶然的,它总是
和它所反抗的外在世界的变化息息相关。首先是在系统产生的过程中,哪一个要素能够被优选出来成为统治者
决定系统的性质取决于最初的生成状态,因为任意两个要素都是在竞争中存在的,在其中一个要素与周围众多
要素的竞争中,个体的力量是微不足道的,只有在它顺应了众多要素的发展意志以后,它才有可能成为统治者
并将自己的意志强加在每一个要素身上,从而出现系统的秩序。每一个系统都是在反抗外在世界变化中存在的
,外在世界的力量是巨大的、不可抗拒的,因此,系统的存在与发展都是以顺应外在世界的变化并和整个世界
融为一体为先决条件的。外在世界是在规律变化中存在的,系统也是在不断顺应这种变化中存在,然而系统性
质却随着中心要素的相对稳定而基本不变,这使得系统适应环境变化有一定极限,一旦超过这个极限,系统就
会随着中心要素的改变而成为另一种性质的系统,或者由于中心要素的不稳定而进入混沌状态。由于系统的发
展过程是不对称的,因此,系统沦于混沌时所释放的能量并不会象热力学第二定律所指出的那样平均开来,相
反,它的灭亡又会使另一个系统产生。从这种意义来看,有序都是以周围物质的无序为代价的,无序可以产生
有序,有序也可以导致无序,关键在于物质空间能量的流动。

  物理学家们很早就发现,系统都有一种不断走向平衡的运动趋势,热力学第二定律就是对这一运动趋势的
具体概括。现在我们已经知道,这种运动趋势是由系统中诸要素之间的竞争产生的,因为每时每刻都有不少要
素在竞争中产生,同时又有不少要素在竞争中灭亡,要素的产生与灭亡不是随机的,而是和物质在系统中的不
对称运动是分不开的,当局部的混沌物质在反抗这种不对称运动中组织起来的时候,能量就在这种有序结构中
转化为势能蓄积起来,当这个有序在竞争中走向灭亡的时候,这种势能就又会转化为动能突发出来,于是,系
统内部的能量就在诸要素的周期生成与灭亡之中流通于系统空间,从而使系统不断走向平衡。

  在有秩序的系统中,要素之间的竞争不是无序的,而是有一种整体意志在制约着各要素之间的竞争,这个
整体的意志是由竞争出来的中心要素决定的,它通过一系列体现整体意志的竞争规则来保证整体在目标上的一
致性。这里,顺应整体意志的要素不断在系统混沌的空间中产生,并逐渐发展、壮大,而那些与整体意志相违
背的要素不得不在诸要素的竞争中趋向衰退、灭亡,这样,中心要素就通过诸要素之间的竞争用较小的力量将
自己的意志强加在每一个要素身上,从而使系统始终保持了目标上的一致性。

  每一类系统都有一种特殊的非线性联系方式,这种方式就是诸要素之间的竞争引起的,由于竞争是在体现
整体意志的规则下进行的,因此,非线性联系方式就是整体意志的一种体现。具体地说,每一个系统微观都连
续着某种层次的物质,这种物质是在不断的组织与离散中存在的,组织就是局部的连续的物质在反抗周围物质
的不对称运动中不断成为系统新的要素,离散就是有秩序的要素在竞争中沦于混沌,并释放能量在系统空间形
成新的不对称运动。因为系统空间在诸要素的竞争中始终保持着一种动量势上的平衡,所以,一般一个要素的
灭亡会引起一个同等要素的产生,由此引起的能量递进就象一个不变的能量包,这个能量包也可以称为系统信
息,它体现着整体的意志。

  在人们普遍的观念中,生物与非生物之间的规律是与众不同的,生命是只有生物才具有的,而非生物都是
一些死寂的原子集合。其实不然,自然界的规律是统一的,它就统一在组成宇宙的每一个开放系统之中,每一
个系统也都是有生命的,它们都是在对外在世界不对称变化的反抗中获得了发展的能量,并把自身始终保持在
持续不断的运动之中,只不过非线性联系方式的不同造就了生命形式的大相倾庭。

  现在我们已经知道,统一的物质有两种存在状态。一种是有秩序的实体,另一种是混沌而无形的场。有序
和无序是在不断变化中存在的,有秩序的形体可以由于能量的作用从无序中产生,同时也可以由于能量作用从
有序中灭亡。物质世界的能量就是在统一物质周期性地组织与离散中存在的,而场则是对物质的这种紧张的有
序与无序周期运动的一种描述。在宇宙空间,能量场的形式是多种多样的。可以说,每一种形式的力都对应一
种特殊的能量场方式。联系整体宇宙和组成它的每一个原子的是引力波,它产生于星体内部原子之间的生存竞
争,竞争是无情的,不断有原子在激烈的生存竞争中灭亡,由此所产生的能量周期性耗散通过连续在宇宙空间
的统一物质的周期组织与离散,把宇宙各个星系、星体联系起来,共同组成了一个巨大的漩涡体系。原子之间
是依赖于电磁力联系起来的,与引力类似,它是通过电子在连续的物质空间周期生成与灭亡传递能量的。在自
然界,生物的出现恐怕是最令人惊奇的事了,至今还有一些人习惯于用“生命力”来理解生命的存在,其实生
命力并不是什么非物质性的力,它与自然界的其它力学现象一样,都对应着一种特殊的非线性联系方式,只不
过它对应的是连续在水环境中的质子周期递进罢了。由此可见,物质世界是统一的,自然界只可能是由一个规
则支配的。

  在现代科学中,科学家们习惯于采用科学的还原论方法来探讨生命世界的规则,但当他们把系统从它所依
赖的环境中还原出来以后,系统那无形无象的生命力就不见了,因为系统中每一个要素都是在步调一致地共同
反抗同一个目标--外在世界的不对称中存在的。没有外在世界的不对称,系统中就不可能有一个中心要素在
竞争中脱颖而出,此时诸多要素之间的竞争就是无序的;既使一个原来有秩序的系统,如果没有外在世界的不
对称,系统就缺乏了统一的目标,中心要素就难以通过诸要素之间的竞争来达到协同,此时系统秩序就只能在
诸要素的无序竞争中走向灭亡。

  热力学第二定律描述的是孤立系统中系统的发展规律,即在封闭条件下,系统只能不断地从有序向无序转
化,最终达到一种最大的热力学平衡状态。那么,这是否意谓着系统能超脱生命世界的规则,达到绝对的平衡
状态呢?答案是否定的,既使在孤立系统中,物质仍然遵循生命世界的规则,这集中表现在能量在系统中并不
会消失,而是在微观物质的不平衡运动中存在,并且这种不平衡运动就是物质世界普遍的生命运动,即微观的
物质是在永恒的组织与离散中存在的,不过它存在于微观,不为我们通常的视觉所觉察而已。

  普里高津指出:非平衡是有序之源。这句充满哲理的名言向我们昭示,自然界并非是从有序到无序,从低
熵到高熵的单行道,而是有序和无序是对应存在的。有序是物质的一种有组织状态,它是在对周围物质压迫有
反抗中形成的,因此,有序形式也是能量的一种有组织状态,它是在反抗周围物质的压迫中稳定存在的,当这
种有序结构从有序向混沌转化的时候,它内在潜能的不对称释放就会在周围空间形成新的有组织结构,这就是
所谓的混沌中产生的有序,它是因周围物质的不对称运动产生的。同样,有序结构也可以产生混沌,这是因为
有序结构都是在反抗周围物质的不对称运动中存在的,或者说都是在诸多有序结构的激烈竞争中存在的,当周
围环境相对于系统有有限的时候,激烈的生存竞争就不可避免地导致有序结构的离散。%

  自然界是在发展中存在的,不对称的物质运动是自然发展的本质。但这种不对称又是从哪里来的呢?这一
直是现代科学没有解决的难题。从自然界的统一性角度来看,物质之间是对称的,不对称的一面只可能从物质
的固有属性去分析。现在我们已经知道,在系统形成以后,中心要素就会通过诸要素之间的竞争用较小的力量
统御整个系统,从而使系统表现出较高的稳定性。需要指出的是,这里的稳定不是静态的,而是物质的一种紧
张状态,是物质和能量运行的高度有序化。每一个系统都是在反抗外在世界变化中存在的,它们都有一个产生
、发展、壮大、衰退、灭亡的过程,分析系统的这个发展过程,我们就可以发现,系统的发展都是不对称的,
系统总是产生于无限的环境,并因环境的无限表现出它成长的加速度,随着系统的发展、壮大,环境逐渐变得
相对有限,系统的加速度变慢,当这种有限达到一定极限,系统就会在激烈的生存竞争中迅速土崩瓦解,沦于
无序。显然,系统的发展过程是不对称的,自然界正是由于系统这种发展上的不对称才形成了丰富多样的事物

  我们的宇宙是一个进化而来的事物,它是在反抗无限的宇宙空间中的物质压迫中发展起来的。因此,我们
的宇宙空间充满着紧张运动的物质,一方面是混沌物质由于宇宙的不断自组织而不断趋向于宇宙中心,另一方
面则是不断生成的原子由于剧烈的生存竞争而趋于物质密度较小的空间。在这里,能量的不对称运动起了决定
性作用,它表现在众多的原子在剧烈竞争中,不断有大量原子沦于无序,并突发地向外释放潜能,这些能量又
促使了混沌物质再组织,周而复始,能量就在统一物质的离散和重组中流通于自然之间,从而把整体宇宙的发
展和组成它的每一个原子紧密结合起来。

  原子是一些生命系统,这对现代不少物理学家来说是不可思议的,因为他们的最高智慧就在于否定物质世
界的客观实在性,按照他们的观点,只有生物才有生命,只有人才有放荡不羁的自由意志。其实,只要这些物
理学家对哲学略有研究就会知道,不仅仅是生物才具有生命,而且自然界的万事万物都具有生命。在克劳修斯
所处的年代,人们还没有认识到原子内部那象太阳系一样的秩序,原子仍被看作死寂的基本粒子,但在二十世
纪以后,原子那象太阳系一样井然有序的结构被逐步揭示,可偏偏在一些物理学家的眼睛里,绝对不变的原子
概念仍充满着他们的大脑,否则,人们早就从这些有序的生命系统的稳定存在来怀疑热力学第二定律的局限性。很明显,原子作为这个世界较微观的有序结构,它并没有按照热力学第二定律的意志走向无序已经说明自然
界的普遍联系,也就是说原子是在与无限广大的自然相互作用中存在的,自然界也不存在一个绝对的孤立系统

  热是自然界一种特殊的能量形式,它体现的只可能是某一类物质之间紧张的相互作用,显然这种相互作用
不是统一物质之间的,因为这种能量与物质的聚集密度并无什么必然联系。现在,我们通过对一系列热现象的
分析已经能够知道,热运动体现的只可能是分子之间那充满生命力的生存竞争,由于分子是在反抗周围物质世
界的变化中存在的,因此,热运动与周围环境的变化息息相关。在热力学的发展过程中,人们至今还一直倾向
于将热运动超脱于物质世界单独研究,以致于直到现在,人们对热的本质还缺乏一目了然的形象。

  历史上有两种关于热本质认识的假说,一种是热质说,另一种是热动说,在热质说中,热普遍被认为是一
种没有质量、没有颜色、没有气味、可以流动的特殊物质,尽管用它可以解释大多数热力学问题,如热传导是
“热质”粒子间的相互排斥等等,但它不可能对摩擦生热作出解释;而在热动说中,热被看作是超越物质的运
动,尽管它很容易解释热与机械功、化学能、电磁能等等之间的普遍联系,但能量的本质是什么,它与热的关
系却由于超脱物质而不可认识。

  没有无物质的能量,也没有不运动的物质,能量的本质体现了物质之间由于相互压迫而表现出来的紧张运
动。热作为能量的一种形式,它表现的就是分子之间由于生存竞争而造成的一种无序状态。温度是分子平均动
能的一种标志,同时也表现了分子之间的竞争的剧烈程度,温度越高,分子之间的竞争愈激烈,分子平均动能
高;而当温度不断下降时,分子之间的反抗力变小,这使它们有可能在宇宙背景能量的协同之下组织起来,共
同反抗外在世界的压迫。

  从爱因斯坦归纳出他的质能变换公式开始,人们已经知道,物质的有序形式隐藏着较大的势能,它总是伴
随着有序结构的产生而产生,并因反抗外在环境的压迫而存在。不过这种势能不是一成不变的,它随着环境的
变化而不断在动能和势能转换。如摩擦生热就是改变了原子反抗的环境促使原子内在势能向动能转换的一种表
现。这种现象还普遍存在于一些化学反应之中,如氢原子和氧原子化合生成水会放出势能,水的分解则要吸收
能量。

  原子是一种在反抗自然变化中存在的秩序结构,因此,它必有一个产生、发展、壮大、衰退、灭亡的过程
。一般而言,原子都是产生于星体内部物质的不对称的运动之中,这是因为星体都是在旋转中存在的,而它空
间中的所有物质不可能和星体都同步运转,很自然地我们能够想到,星体内部物质必然存在着相对错动,也正
是在这种物质的强大挤压下,大量原子不断从中涡漩而生。星体内部空间是有限的,为了自身能够生存下去,
众多的原子之间不可避免地展开了激烈的生存竞争,星体内部较高的温度就是分子之间生存竞争相当激烈的一
种表现。生存竞争是残酷的,不时有大量原子在竞争中灭亡,并释放它内在能量,引力波就是这周期灭亡的原
子的能量突发引起的。当能量通过连续在宇宙空间的统一物质周期性地组织与离散向外耗散以后,星体内能降
低了,温度随之下降,星体内部空间又逐渐变得无限起来,这样又会引起原子的大量产生。以此往复,星体便
在其内部温度周期变化、大量原子周期生成与灭亡中发展起来。

  温度体现了分子之间的竞争剧烈程度,显然,分子都有一个有限的反抗范围,不可能经受太高的温度,从
这点上来看,温度必然有一上限。在现代科学研究过程中,许多科学家被一些错误的表像所迷惑,竟不顾热运
动的物质性基础,无中生有地杜撰出一些不可思议的温度,如太阳表面竟设想出了几千万度,特别是在大爆炸
宇宙模型中,竟创造出了最初的无限热。事实上,如果真的存在这样的温度,根本就不可能存在有分子,况且
没有分子就难以有温度这种能量的表现形式。

  温度不但有一上限,而且对应着分子的生命,也必然有一下限,今天,这个下限早已由能斯脱概括为热力
学第三定律,即不可能用有限的手段使一个物体冷却到绝对温度的零度。绝对零度不能达到,意味着分子的热
运动不可能消失,物体不可能达到绝对静止状态。那么分子的运动是由什么力量推动的呢?现在我们已经知道
,分子产生于星体内部的物质相对运动之中,并因反抗不对称的物质环境而存在,这个环境主要就是引力环境
。我们的地球是一个在不断反抗太阳系不对称的物质空间中发展起来的星体。由于内部大量分子的不断生成,
它的相空间压缩了,周围空间中的混沌物质便不断地向它不对称移动,引力现象就是这种不对称运动所表现出
来的表像。对应着这种特殊的力学现象,物质空间还存在着一种特殊的非线性联系方式,即引力波,它由分子
之间的生存竞争所引起,并依赖于连续在空间中的物质组织与离散中向外耗散。分子就是在反抗这种不对的物
质运动中存在的,因此,只要分子这种有序形式存在,就必然在不断地反抗自然变化中存在的。

  我们的生存空间并不是只有引力的单行道,而是同样存在着与引力相反的物质运动,它是由星体内部大量
分子生存竞争所引起的、一种趋向无限空间的分子不对称运动。在这两种物质运动的竞争中,一些密度小的物
质向上运动,一些密度大的物质向下运动。正是空间的不对称,造成了热扩散的不对称。如在以往对热现象的
研究中,人们发现热在向各方扩张的同时还具有一种向上的倾向。热对流现象就是这种倾向最贴切的说明,热
运动可以改变原子的空间,这种环境的变化会使它内在的一部分势能转化为动能,于是原子空间膨胀,温度变
小,受到的上升力变大,原子就在向外扩张的运动中更倾向于向上的扩张;当外在原子竞争力变小以后,温度
降低,原子空间收缩,密度变大,受到的向下的力变大,原子又会向下运动。热对流现象就是在原子动能和势
能转换所引起的周期运动。

  热运动有三种方式,除了对流之外还有热传导和热辅射的形式,不过直到现在,人们还倾向于用“热质”
的流动去理解这两种形式。自然是连续的,因此热运动不可能是原子克服空间阻力所形成的空间的定向移动,
它只能是在连续物质的周期运动中传导的。热传导是分子周期性地振动传递的,而热辅射却是通过电磁形式来
传播的,即通过连续的物质在周期的组织与离散中向外运动的。从这里我们可以看出,热运动是依赖于连续的
物质空间向外传递能量的,物质空间的变化在很大程度上影响着热运动的传播,机械地分开热运动和它所依赖
的空间是没有意义的。

  通常,我们习惯于把分子看作是死寂的物质构件,它是永恒不变的,其实,正是这种相当然阻碍了我们对
热本质的真正认识。分子是在反抗周围物质世界的压迫中存在的,它和我们所看到的任何一种生物一样,充满
着反抗的精神,这一点贴切地体现在热运动中,即在分子的激烈竞争中那种向外扩张的趋向。的确,原子都是
在竞争中存在的,但这并不意谓着原子之间没有协同,因为在反抗外在世界的压迫之中,只有协同才能更有效
地抵抗外在世界的压迫,不致使自身沦于无序。

  现在我们知道,在某一较高温度下,原子核总是在剧烈地振动和旋转中反抗着引力环境的压迫,而随着温
度的降低,原子核平均动能越来越小,原子核之间排列越来越有规则。值得一提的是,当温度降低到一定极限
,有序的原子排列中对外表现出一系列奇异的性质。如在1911年,昂尼斯发现了在4.17K时水银的超导性,以后
人们又发现其它一系列元素的超导现象;1933年,迈纳斯发现了超导体的抗磁性;1935年,人们又发现了超低
温条件下的超流性。那么,原子集合体是怎样在与变化的自然斗争中表现出这些与众不同的特性呢?

  自然是在不对称演化中存在的,我们的生存空间处处充满着不对称运动的混沌物质,原子就是在反抗这种
不对称的物质运动中存在的,因此,原子集合体特殊性质的产生与它们所反抗的环境是息息相关的。在正常状
态下,原子通过电磁波向外耗散它的反抗能量,并通过这种能量的耗散联系着周围的原子,电磁波是由原子空
间物质的相互错动和引力波的复杂调制而成的,在它传播过程中物质的组织与离散周期也总是引力波的整数倍
,而这个倍数的大小反映了原子对周围物质空间反抗的激烈程度。温度是分子平均动能大小的一种标志,如果
温度升高,分子的动能就变大,它受引力波影响就会变小,于是它向外发射的电磁波的频率就会很混沌而且较
低,反之,如果不断降低温度,分子动能就会越来越小,而引力波的制约就会越大,原子之间变得有秩序起来
,它向外发射的电磁波的频率就会逐渐和引力波动相一致,在这种情况下,电磁能量由于得到了引力波的协振
几乎上就不会衰减,超导性质显然就是电磁波和引力波共振产生的现象。抗磁性是超导体的一个基本特征,它
反映了自然界能量运动的单调性,即频率较高的能量能优先加强是它频率整数倍的物质运动,反过来,频率较
低的能量几乎上对频率较高的物质运动没有什么影响,这一点表现最突出的就是原子空间电磁性质的稳定性。
电子的生灭周期和引力波周期是一致的,而其它量子的周期一般都是它周期的整数倍,这使原子能有效地抵抗
外界电磁的干扰,不过,一般原子空间有秩序的物质运动都是在倍周期分岔中走向混沌的,原子空间与自然之
间存在着连续性。

  总上分析,我们已经可以知道,我们之所以对热力学迷惘,是因为我们始终只从系统内部去导找问题的答
案,而忽视了隐藏在现象背后的巨大的自然力量。热力学第二定律是物理学中一个基本定律,它描述了热运动
只可能从温度高的地方向温度低的地方“流动”。其实这里的“流”并不是物质的定向流动,而是依赖于连续
的物质的周期运动传递的。如热传导是通过连续的分子周期振动进行的,而热辅射则是通过连续物质空间中的
电子周期生成与灭亡进行的。在一个封闭的系统之中,分子那本能的扩张只能造成系统内部达到一种热平衡,
只有在一个开放环境下,某一个分子才能在外界能量的协同之下优先竞争出来,并由它依赖环境的力量强迫其
它要素和它共同运动,从而达到一种有序的结果。在对热力学的研究过程中,许多科学家只注意到了分子集合
的无序,而忽视了分子、原子本身的有序以及它与自然界的普遍联系,便迫不急待得出了一些错误结论,无疑
反映了科学家们对哲学的一知半解。

  回顾热力学第二定律产生过程,我们仍能发现它在孕育中的畸形。恩格斯对卡诺循环的大加赞赏与对它发
展物热力学第二定律的大加讨伐有趣地反映了两者的区别。他写到:“卡诺研究了蒸汽机,分析了它,发现蒸
气机中的基本过程并不是以纯粹的形式出现,而是被各种各样的次要过程掩盖了,于是他撇开了这些主要过程
无关紧要的次要情况而设计了一部理想的蒸汽机。的确,这样一部机器就像几何学上的线或面一样是决不可能
制造出来的,但是它按照自己的方式起了像这些数学抽象所起的同样的作用,它表现了纯粹的、独立的、真正
的过程。”

  显然,在这里热机的效率低并不是它违背了能量守恒定律,只是对这个系统而言,热量通过各种各样的形
式向外释放了一部分。如果提高了温差,降低了作用时间,能量相对损失就少一点。由于这种损失是不可避免
的,因此,卡诺总结到:任何时候,不可能希望实际上利用燃料全部的推动力。从这个热力学第二定律的基本
思想可以看出,热机效率永远小于1,即在热机中,热运动不可能百分之百地转化为机械运动,总有一部分热
运动要传给低温热源散失掉。在克劳修斯归纳的热力学第二定律中,他把热看作了能量的终极形式,以致于他
认为损失的能量不可能再转化为热,这样自然界的温差只能不可逆地走向消失,而到那时,宇宙只有无可奈何
地走向死亡。

  在克劳修斯根据当时牛顿的绝对时空观得出了宇宙热寂说以后不久,恩格斯就深刻地指出了它的佯谬。他
说:“克劳修斯的第二原理等等,无论以什么形式提出来,都不外乎说:能消失了,如果不是在量上,那也是
在质上消失了”。根据能量守恒定律我们知道,自然界的能量都是在不断通过物质存在形式的转换运动的,散
失在太空中的热(表现为不对称的物质运动)会促使一些新的原子在其它星体中产生,而这些原子的产生会加剧
原子的生存竞争,于是热的形式又在其它星体上表现出来。因为热运动仅仅是由于分子之间生存竞争所引起的
一种扩张的表现,它不但可通过热传导和热辅射传递能量,而且由此向外耗散的能量同样会改变其它原子的反
抗空间,使新的热形式出现。因此,克劳修斯那种把热看成是终极能量形式的思想是违背了能量守恒定律。

  能量守恒定律是自然界的一个基本规律,它不仅揭示了运动的不生不灭,更重要的是它从另一方面揭示了
自然界永恒的转化。自然界的事物都是在反抗自然的不对称运动中存在的,因此,因此,事物的产生、发展、
壮大、衰退、灭亡的过程与自然的发展是息息相关的。当空间相对于某个事物无限的时候,事物就会从自然中
获得能量,并以有序的物质形式稳定发展;然而当空间相对于这个事物有限的时候,剧烈的生存竞争最终将导
致它的灭亡,此时内聚的能量也不对称地释放出来,并引起周围物质的再组织。自然界的能量就是这样依赖物
质的组织与离散流通于无限的宇宙空间。

  热力学第二定律描述的只是有限环境下系统的发展过程,即单调地走向无序。有幸的是,我们的宇宙背景
是无限的,宇宙中的每一个子系统的环境也随着宇宙的发展在无限与有限中变化,这样,宇宙就可以从无限的
宇宙背景中不断发展、壮大,而众多的子系统也随之产生,我们的宇宙就变得丰富多彩了。需要指出的是,克
劳修斯是站在牛顿的绝对时空观之上推断出宇宙热寂说的,这本质上是割裂了生命系统和它所依赖存在的大自
然环境的关系,把宇宙的有限和无限混为一潭。不过,在我们有幸摆脱了不必要的对称观念之后,宇宙热寂说
也随之被扔进了垃圾堆里。

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