一场关于“挑战热力学第二定律方案”的私下电邮辩论纪实

（以下内容，是一名山沟里中学地理教师和自己最敬佩的一位大学教授之间的电邮往来辩论纪实。为尊重个人隐私，本文做了必要的处理，修改了个别地方打字时出现的别字错误；并且删除了可能由本文猜到辩论双方真实身份的内容。除此之外，保证本文忠实于原始电邮辩论实情。）

一．Thursday, May 01,2014 2:53 PM

Ｘ老师：

您好。

可能您已经不记得我了。但您的《》令我印象极为深刻，曾经通过电邮多次与您讨论相关问题，向您请益。

我今天打扰阁下，是希望就下面一个方案，听取Ｘ老师的批评、建议——

1.将钢珠自U型钢管一端射入，可从另一端射出，忽略摩擦损耗，钢珠动能不减；

2.将光子射入光纤一端，光子可以从另一端射出，频率不变（能量不减）；

3.如上类比，如果存在一种狭管，将分子自狭管一端射入，分子可以从狭管另一端射出（动能不减，理论上，仅需要狭管接近理想刚体，其内壁对分子的约束力不做功，就可以）；

那么，当狭管足够狭窄（如碳纳米管），仅容大约一个流体分子通过时，如附图所示的装置，

在初始状态，虽然流体分子1，理论上，有相同的几率从每一狭管2两端的任意一端进入狭管，从另一端出来；系统无法产生宏观动能。但是，如果给图示系统施加一个初始启动过程，则图示系统将可以从单一热源，源源不断地产生宏观动能（射流）；启动过程结束后，进入工作状态，工作状态可以自持，原因是：在进入工作状态后，每个狭管中都存在多个“在途流体分子”按照工作设定方向沿狭管前进，这时，即使认为随机运动的流体分子从每一狭管两端进入狭管的几率仍然相等，逆向进入狭管的流体分子也会被“在途流体分子”反向推出狭管，从而，可以不断从单一热源获得宏观动能（射流）。

启动过程可以是：真空机从汇流管喷口4抽吸流体分子进入图中主仓室，直到形成宏观射流。图中流体分子可以考虑采用氩气分子作为“工质”。清华大学已经可以制作长达半米的碳纳米管，似乎为实际检验图示系统的可行性提供了物质基础。

以上方案哪里错了？恭请Ｘ老师赐教。

如果没有问题，我该怎样推动这个突破热力学第二定律的重要观点被当代学术界认可？

此致 

敬礼！

碰巧今天是五一节了，顺祝Ｘ老师节日快乐！

                                         陕西省安康市XX学校地理教师ＸＸＸ 2014.5.1

二．2014-05-01 15:36:39

这是一个麦克斯韦妖的构想。

但是可行的可能性不大。

关键是任何速度的分子都会进入“入口”，也会以相同概率进入“出口”。

最后什么也不会发生。

局部真空当然会造成射流，但难以维持，最后归于平衡。

我预想此系统是这样动作，关键是分子不会认得出口与入口的区别。

三．Thursday, May 01,2014 5:57 PM

感谢赐复。

看来X老师的确是明白人。

关键是启动以后，即使假定“分子都会进入“入口”，也会以相同概率进入“出口””，由于，启动之后，总有大量“在狭管中，按照正确方向运动的分钟”——“在途分子”！

它可以将逆向进入狭管的分子反向推出！正是因为，从两个口进入的概率相同，所以，启动后，任何时刻，正向运动的“在途分子”都比逆向进入的分子数量多！

当我们假定有一个分子逆向进入时，近似说，也有一个分子正向进入，所有“在途分子”，动能之和大于逆向闯入的分子！（这个推理是就进入工作状态之后的任意时刻而言都成立的，因此，工作状态是可自持的。）

因此，工作状态是可以“自持的”。好比，有些发电机，需要外部电源励磁启动后，才能发电。但是，一旦进入工作状态，它就可以靠自身所发电力的一部分维持继续发电所需的磁场一样。

四．2014-05-01 18:10:32

每‘推出’一个逆向分子，管子里的动量就损失一些，慢慢就没了。

五．Thursday, May 01,2014 9:10 PM

但是，每个新加入队列的正向分子，都为队列整体在补充着能量，补充的量，至少不低于推出过程消耗的量啊？

而且，实际上，在工作状态建立之后，严格讲，从入口进入的几率高于从出口进入的几率，因为，从出口冲出的那些分子运动轨迹的反演进入路径被破坏了。

六．2014-05-01 21:19:33

如果你要求入口“队列整齐”，那么它们出现的概率就会小于出口进来的反向分子了。

七．Thursday, May 01,2014 9:26 PM

入口和出口，在静态看，有同样的进入概率。这是没有问题，不需要特别限定的。

关键是在工作状态建立之后，每个狭管中的正向分子排成一个队列，加入队列之前的方向不起作用，加入队列（进入狭管）之后的方向只有一个，奋勇向前。

八．2014-05-01 21:34:51

再考虑一个问题，出口出来的队列逐步碰上各方向的分子，逐步散射把能量损耗掉。

九．Thursday, May 01,2014 9:40 PM

出来之后的情况可以这样思考：恰能对消定向射流的分子运动，和恰能帮助定向射流的分子运动的情况至少一样多。

十．2014-05-01 21:53:07

肯定不会一样多，迎面撞上的一定多于同方向的。

十一． Thursday, May 01,2014 9:56 PM

我明白您的意思。

或者还可以这样说：队列外的分子的动量和为零，但是，射流的束的动量不为零，动量又要守恒。

十二．2014-05-01 22:22:20

这个算也算的出来，不过只要想一下也知道，你在前进中撞到迎面来人的概率比后面人追着撞你的概率高得多。

十三．Thursday, May 01,2014 10:27 PM

承认。但是，两个微粒碰撞前后，动量不变啊。不过，是我不直接撞击叶轮了，交给我撞击的人去撞击叶轮。效果不变。

X老师比我整大一轮，希望保重身体。早点休息。我们明天再讨论，好吗？

十四．2014-05-01 22:39:11

这是不可能的，射流走不了多远就消失了。

十五．2014年05月01日 22:58

这个想法，来自日常宏观直觉。但是，我们完全可以在他消失之前就安排冲击叶轮啊。

这个宏观直觉的微观基础应该是：一个微粒向前运动的动量，会在一系列碰撞中，传递给多个微粒，虽然，那个向前的动量仍然存在，但是，却是被多个微粒的向前运动分量体现着，分散着，等于射流流束展宽了。但是，动量不变，要有效利用该动量，需要的叶轮尺寸需要更大一些。没有原则问题。

十六．2014年05月01日 22:52

好的，明天再说吧。

十七．Friday, May 02, 20147:38 AM

您好。昨天的交流让我把许多细节想得更清楚了。论述的角度可以更开阔了，受益良多。

全世界我最佩服的科学家以前是爱因斯坦，看过您的那本《》的书之后，就是您。

昨天的讨论，进一步对您思维的敏捷增强了印象。

我的手机号码是：ＸＸＸＸＸＸＸ

今天，无论何时，在您方便上网，看到我的这个电邮后，可以短信通知我上线，继续我们昨晚的讨论。

十八．2014年05月02日 10:00

其实你的模型理论上可以等效于一个无摩擦的轮子，一旦转起来可以永远转下去，但是只要你想使用能量，很快就没了。

十九．2014年05月02日 11:38

不是这样的。

如果没有能量输出，将出口堵死，分子回被反射回去，系统将退出工作状态；

如果在叶轮处让射流做功，吸收射流动能做功，使功率得以输出，那么，输出能量的地方（射流出口处附近）的温度会降低；使从出口方向逆向进入的分子动能小于从入口方向进入队列的分子的动能。系统更具有对外做功的潜力。

二十．2014年05月03日 09:34

怀疑是Ｘ老师认为找到轮子类比后，讨论就可以终结了。根本没有看我昨天的回函。

所以，以标题形式（附注，回函标题“做功，轮子减速；但方案是加速！太神奇了。”）将回函观点重发一次。

我们讨论的系统，看似很简单，但是，详细分析起来，却有非同寻常的奇妙性质：

原本假定的箱内均一温度，会因为射流出口处，射流对叶轮做功，聚集相对较多的“低动能分子”，呈现为一个相对的低温区域，在原先假定没有温差的箱体内部，产生出普通热机都可以工作的环境条件来！这真的可以说是太神奇了。仅仅由此出发，在箱体内高温区域、低温区域之间，理论上，都可以安排普通热机工作，对外输出有用功了。

热力学第二定律，的确面临着严峻的挑战。不是吗？

二十一．2014-05-03 09:48:28

还是没有说服我。

如果你对此模型真的那么自信，我只能说，不妨试制一个看看是否真的能转动叶轮。

然后你再反过来想，为什么不转？

二十二．2014年05月03日 10:00

的确，我们是在讨论一个具有可证伪性的问题，最后的判决者一定是实验！

由于清华大学有团队已经可以制作出长达半米的碳纳米管，这个判决实验应该可以设计出来。我也很期待判决实验给出一个结果。

但是，凭我一个山沟沟里的中学地理教师，没有那么大的影响力，去推动实验判决。

甚至，我现在的观点，除了私下几个人讨论之外，都难以登上正式学术刊物的大雅之堂。

对我来说，和您讨论的目的，除了想请您质疑、批判，让它经受您智慧大脑的砥砺之外；就是，如果真的挑不出什么毛病之后，您能够发挥比我这个山沟里中学地理教师大得多的影响力，扩大这个观点的影响、传播。

二十三．2014-05-03 10:17:30

我还没有被你说服。

如果我同意你的观点，帮你宣传，估计我的影响力会很快消耗殆尽。

二十四．2014年05月03日 10:23

赞成。

但是，在您目前已经暂时对该方案提不出有力质疑的情况下，您可以找朋友一起提质疑，应该还是可以的。这样，既不至于让你丢丑，丧失影响力，又可以享受探索乐趣，帮助我传播观点。怎么样？

二十五．2014-05-03 10:30:30

我自认为质疑是有力的，只是你暂时还不理解而已。

二十六．2014年05月03日 10:34

即使如此，找朋友讨论一下，能否有什么更好的办法让我心服口服，总还是可以的吧？

二十七．2014-05-03 10:52:08

我现在只是一介宅男，找不到“朋友”啊。

二十八．2014年05月03日 11:02

您竟然也是宅男？也可以理解，否则，也思考不到关于ＸＸＸＸ过程那么深入的问题。

宅男没关系，在网上，我们这样，也可以交流甚欢吗。

二十九．2014-05-03 11:21:21

我可以跟你说的，也不多，只是不可只想对自己观点有利的理由，无视不利的理由。

三十．2014年05月03日 11:30

谢谢您的指点。

我一直在找不利的理由。包括请您批评，也是想更好发现不利的理由。

现在，我们排除类比别推理，不可靠的质疑理由，还有什么可靠、有力的质疑呢？

我的确不知道。不是我不想知道。

当然，类比推理往往也可以给人很好的启迪。但是，不能作为很好的、可信的东西。

三十一．2014-05-03 12:10:27

其实，最不利的理由就是，分子为什么只想从入口进入，而不想从出口进入。

对此你提了很多理由，但我认为不成立。：-）

三十二．2014年05月03日 12:31

这的确是最需要说清楚的地方。

归纳起来，理由可以是这样几点：

1.虽然，静态看，分子从两端进入狭管的几率相同；但是，一旦启动，进入“工作状态”，那么，每个狭管中的很多分子，构成一个按照工作状态设定方向“向前运动（即，向出口方向运动的队列）”；此时，即使认为，分子从两端进入狭管的几率仍然相等，从入口进入狭管的分子为动态队列补充的动能，也足以抵消逆向从出口进入狭管的负方向动能，使得，狭管动态队列具有的向前运动动能不减少，不断从狭管出口冲出，形成一个可持续的运动过程；

2.何况，进一步说，出口附近，射流对叶轮做功后，分子平均动能降低，相对集中在狭管出口处附近，使得，从出口方向进入狭管的分子，负方向动能还比较小，可以进一步支持观点1.

三十三．2014年05月03日 12:54

我突然产生一个想法：我们是否可以在做一定的文字处理，避免其他人猜到我们真实身份的情况下，把这个讨论放到一个适当的网上论坛上，继续进行？使得，可以有更多感兴趣的人可以加入我们的讨论？这当然需要先征得您的同意。

三十四．2014年05月03日 14:57

可以的，你去注册两个ID，给我个链接，到网站上讨论一下。

我所难以接受的就是你的这两个理由，我总觉得有些一厢情愿。