作者: 王季陶

王竹溪(1911-1983)老师生活的艰难年代和当前相比是不可同日而语的. 王竹溪老师在清华大学毕业之年也是我的出生之年, 称之为前辈, 名副其实. 对王竹溪老师的生平介绍很多, 在此只提一下, 他是Nobel奖得主杨振宁硕士研究生时的导师. 

由于我的化学本科背景, 我的热力学的入门书籍并不是王竹溪老师所著的《热力学》(1955年版在我家收藏有两本以上). 但是在我进入热力学领域以后, 还是经常拜读. 他在热力学第二定律的描述中忠实地传承了西方近代科学的一个核心学科--热力学的精辟, 准确, 严谨特征. 同时在我国的那个年代, 也不应该要求前辈们就已经取得超越西方的领域性成就. 

热力学第二定律是热力学学科的核心内容, 也是整个人类经验的总结, 永远不能脱离实际和实践的检验. 在“物理”日益脱离“化学”和“生物”的年代中, 王竹溪老师所著的《热力学》中却包含了“化学热力学纲要”的独立一章. 这在我国近年的物理类《热力学》教科书中是较少的. 王竹溪老师本人还研究过和细胞生理紧密相关的“水势”问题. 这些对目前物理类“热力学”教学所表现的脱离实际倾向有很大的不同. 

本文中要突出介绍的正是该书中的热力学核心基本内容: 热力学第二定律的一个应用实例, “温差电效应的热力学公式”的推导 (Seeback效应约1927年发现, 接着是1934年发现Peltier效应,而Thomson效应是在1854年发现的). 这个推导并不是王竹溪老师的开创性工作, 而是如实地转述了Kelvin 早期1855年(当时是Thomson)的工作, 在第一版中就在介绍热力学第二定律的基础部分作了详细的介绍, 并指出:“温差电现象的两个(热力学)基本公式…在实际应用中经过无数次考验证明是正确的.” 这两个基本热力学公式分别被称为 “汤姆孙第一关系”和“汤姆孙第二关系”. 温差电效应被很多现在的物理系老师看作为是一个“纯物理”(没有化学和生物)的现象. 但是, 很多物理院系的热力学教科书中仍然有采取回避的方法, 或者仅仅放在现代的“不可逆过程热力学”或现代的“非平衡热力学”参考内容中去讲. 

必须注意: 现代的“不可逆过程热力学”或现代的“非平衡热力学”主要分别是由Onsager和Prigogine两位Nobel奖得主所主张的,也有较大的影响或过度的评价.我国多年来一直没有自然科学Nobel奖的得主, Nobel奖的情结也往往偏离科学的理性, 或盲目跟从其他Nobel奖得主的评论.而王竹溪老师《热力学》中对Onsager倒易关系的精辟, 准确, 严谨科学论断为我们树立了榜样. 

在我国通常由教育部来组织制订教学大纲, 王竹溪老师《热力学》一书也遵守这一原则, 对教学大纲以外或属于推荐的参考内容则打出*号. 在北京大学出版社的2005年(第二版重印本)基础部分的“第三章 热力学第二定律”一章中仍然保留着Kelvin用处理循环过程的方法来推导“温差电效应的热力学公式”的实例, 也仍然强调“温差电现象的两个(热力学)基本公式…在实际应用中经过无数次考验证明是正确的.”同时也在全章各节都打*号的“第十章 不可逆过程热力学”的第一节“总论”中介绍 “昂色格(Onsager)倒易关系”说: “这个关系不能从热力学理论导出. 昂色格是从微观可逆性推导出这个结果来的.卡西米尔[Rev.Mod.Phys.17(1945),343]指出, 必须在流量J_a与动力X_a适当选择, 使满足下列关系时:   $T\theta =\sum_{a}J_{a}X_{a}$ ,倒易关系才成立, 式中q为熵产生率. 倒易关系的理论超出了热力学的范围, 我们将不讨论它, 而仅仅引用而已.”同时也有专门一节 "温差电效应"来探讨, 其中采用了昂色格倒易关系也仅仅得到温差电效应的两个基本热力学公式, 即汤姆孙第一关系和汤姆孙第二关系. 从对比中读者也能领悟出, Onsager倒易关系解决实际问题的能力是很有限的, 特别是它并非真正属于热力学领域的工作.  

对王竹溪著《热力学》中的历史局限性也不用回避, 最突出的无非就是和几乎国内外热力学教科书一样, 没有对1865年Clausius热力学第二定律完整表述的介绍, 相应地也不可能分辨出经典热力学和现代热力学的界限和区别. 

总之, 我们一定要认真学习前辈王竹溪著《热力学》中的一系列的精辟, 准确, 严谨科学论断. 其中也包括Onsager倒易关系并不是热力学理论的评价. 千万不要因为任何人荣获Nobel奖而加以不恰当的夸大. 也一定要认真学会热力学的实际应用. 面对19世纪就已经发现的温差电效应还不能真正用热力学的方法来解决的情况是不能加以容忍的.