最富启发性的论辩汇编

以下，是开辩以来，辩友detongpu先生和维纲的辩论内容汇编，这是开辩以来，屡屡给维纲新启发的辩论。将这些辩论汇编整理在一起，方便其他辩友掌握我们之间君子之辩的观点全貌，省去各位朋友要跟踪我们辩论进展情况，需要分散在多处浏览的麻烦。有利于各位朋友在我们辩论的基础上，形成更具深度、更有启发性的思想观点。

[28]detongpu  2014-5-12 23:26

文章标题：牛顿力学基本原理正确，还是热力学第二定律正确？这是一个问题！

开尔文和克劳修斯所总结的热温熵只能说明这是事实，不能解释自然界的热系统为什么必然如此。玻尔兹曼根据粒子运动的经典力学规则，用统计方法求得了热力学系统的玻尔兹曼关系式，其历史功绩不亚于量子论和相对论，这个成果的取得，得益于对粒子运动“等几率”和“遍历性”的假设，自然界凡是自发产生的事件，都能得到与玻尔兹曼关系式相吻合的结果，因此有学者认为，这是个有趣的问题，但不那么重要，只要计算结果与实验观察值一致便可以，学术界很少有人能像李先生那样提出热力学第二定律与牛顿力学基本原理不自洽的重要问题。我觉得热力学定律的真理性远远高于经典力学基本原理，不搞清楚统计物理中的微观可逆宏观不可逆的物理机制，很难回答李先生的问题，也很难阻挡人们研制“永动机”的兴趣。

博主回复(2014-5-13 07:31)：　　您好。真诚感谢您的关注和详细评点。看得出来，您是一位值得我高度尊重、深有学养的科学家。不对之处，还请多多指教。
　　对于您认为热力学第二定律的真理性更高的判断，我是不敢苟同的，其理由是：1.玻尔兹曼在牛顿力学和热力学之间搭建起了一座桥梁之后，热力学的本质，已经被还原为牛顿力学，即牛顿力学基本原理是热力学的基础；2.牛顿力学的基本原理本质上就是能量守恒原理（机械能守恒定律可以和牛顿第二定律互相导出），是真理性高于热力学第二定律的一条基本原理。
　　所以，我仍然相信牛顿力学基本原理是正确的；热力学第二定律的适用范围需要做出新的限定。

[29]detongpu  2014-5-13 12:26

文章标题：牛顿力学基本原理正确，还是热力学第二定律正确？这是一个问题！

与李先生共同讨论“热力学第二定律的真理性”问题：由于学界对玻尔兹曼的另一个伟大成果至今没有认真解读，故有思想的学者产生回归牛顿力学的想法十分正常，不提出这个问题，反到是一种不负责的态度。波尔兹曼的另一项成果是他的“H定理”，正是因为这个伟大发现，导致他悲惨地在1906年自我安息了久已疲倦的心。H定理中的泛函H随时间演化是热力学第二定律能够成立的动力学因子，其本质是表述宇宙中某一未知元素的熵流方程。玻尔兹曼是20世纪新物理学进入非欧空间的第一功臣，要比将相对论、量子论纳入非欧空间的功臣超前30多年。

博主回复(2014-5-13 20:16)：　　您好。我真不懂H定理。临时上网搜索学习了一下。
　　了解了一个大概情况，冒昧谈一点不成熟的看法——
　　泛函H是关于分子速度分布函数的函数。关于这个泛函的不会随时间增大的论断，我认为，是用数学语言在陈述一个非常简单的物理事实（不失一般性，仅考虑一维线段之间运动的多个微粒、并假定各个微粒质量相等、且碰撞是完全弹性碰撞）：那么，由于全体微粒如果具有初始不为零的宏观动量，在和约束端碰撞、使部分微粒动量方向反向的情况发生，从而，在经过一段时间后，系统的宏观动量必定为零（但动能守恒）。
　　此外，由于同向运动的碰撞只能发生在追及条件下，可以使低动量微粒提速，高动量微粒减速；逆向碰撞不可能提高任何一个微粒的速率。
　　即，系统中不存在让高速率微粒速率更高的微观机制，只存在使高速率微粒的速率降低的微观机制。于是，随着碰撞次数的累积，必定导致动能在各个微粒间传递，使系统中各个微粒的速率无限趋向于平均速率（动能被各个微粒均分下对应的速率）。毫无疑问，这个过程是不可逆的。这个不可逆是由微粒间弹性碰撞的特性决定了的。
　　将上述过程的不可逆盲目推广，得出更广泛的不可逆论断，自然是不可靠的。

[30]detongpu  2014-5-13 22:39

文章标题：牛顿力学基本原理正确，还是热力学第二定律正确？这是一个问题！

李先生对H定理可能还不是很了解，其假设前提是非平衡态系统中气体足够稀薄，分子间相互作用的有效力程足够短，碰撞时间远远短于两次碰撞间的分子漂移运动时间，在这个前提下，他发现，靠分子间的碰撞，H函数总是单调地趋向减少，仅当函数达到最小值时，气体才能达到平衡态；其微分表达式是：dH(t)≤0；这个结论与你的解释是两码事。H定理不仅可以解释封闭系统下的平衡态事件，还可解释开放系统下非平衡的定态事件。

博主回复(2014-5-14 08:03)：　　您好。的确，我是第一次从您这里得知H定理这个名词的，临时上网查阅，才有了一些粗浅的了解。不足之处，恳望包涵。
　　由于H泛函，是以作为时间函数的速度分布函数f(X,t)的函数来定义的，关于其对时间的导数小于等于零的结论，等于是对函数f(X,t)的变化趋势提出了一种约束（或者说规定了一种演化方向），这种演化方向上的规定性，是就速度分布函数而言的（也是有我昨天所述那样一种微观物理机制支持的）。将这种特定的不可逆判断，盲目推广，当然是危险、不可靠的。

[31]lwg  2014-5-14 08:18

文章标题：和友人讨论玻尔兹曼“H定理”的感悟

改错和补遗：
1.关于两个微粒逆向碰撞情况的判断，“逆向碰撞不可能提高任何一个微粒的速率”，应该改为，“也只能降低高速率微粒的速率（将部分动能向低速率微粒传递）”，这是作者的一个疏漏，需要予以纠正；
2.此后，友人再次与我在博文往来问答，情况粘贴于下，方便各位朋友了解全面情况——
[10]detongpu  2014-5-13 22:39
李先生对H定理可能还不是很了解，其假设前提是非平衡态系统中气体足够稀薄，分子间相互作用的有效力程足够短，碰撞时间远远短于两次碰撞间的分子漂移运动时间，在这个前提下，他发现，靠分子间的碰撞，H函数总是单调地趋向减少，仅当函数达到最小值时，气体才能达到平衡态；其微分表达式是：dH(t)≤0；这个结论与你的解释是两码事。H定理不仅可以解释封闭系统下的平衡态事件，还可解释开放系统下非平衡的定态事件。
博主回复(2014-5-14 08:03)：　　您好。的确，我是第一次从您这里得知H定理这个名词的，临时上网查阅，才有了一些粗浅的了解。不足之处，恳望包涵。
　　由于H泛函，是以作为时间函数的速度分布函数f(X,t)的函数来定义的，关于其对时间的导数小于等于零的结论，等于是对函数f(X,t)的变化趋势提出了一种约束（或者说规定了一种演化方向），这种演化方向上的规定性，是就速度分布函数而言的（也是有我昨天所述那样一种微观物理机制支持的）。将这种特定的不可逆判断，盲目推广，当然是危险、不可靠的。

[32]detongpu  2014-5-14 14:20

文章标题：和友人讨论玻尔兹曼“H定理”的感悟

数学是客观实在规律的反映，它不依赖于人的意志和特定的物体，具有超越一切的自身存在。那么，这个泛函的自身存在，究竟代表了热力学系统哪一个“实在”的真是形态呢？要寻找一个在自变量任意变化情况下，函数值永远小于零的系统，并不是一件很容易的事。这个系统必须具有这样的属性，即它的要素必须有一个本征值。当这个要素大于或小于本征值时，都能满足系统的状态函数不大于零的要求。这是一个科学前沿难题，需要在将相对论、量子论、统计物理中“c、h、k”三大常数整合后方可找到这个”实在“。我不支持人们回归经典物理学的层次来思考物理问题，相对论、量子论和统计物理是现代物理学的三大支柱理论，狭义相对论改造了经典电磁学（不包括刚体运动学），广义相对论改造了牛顿力学，量子论改造了经典原子物理学，统计物理改造了经典热学。这四大改造，构成20世纪四支浩浩荡荡的科学革命军，为人类认识自然作出了巨大贡献。后人应当在此基础上，继续寻找将这四支革命军统一于同一宇宙法则之下的方法，人们可以对新物理学中的“悖论提出大胆质疑，以利于对四支革命军的整合，但最好不要轻易武断，一定要推翻某某理论，更不可视众多科学巨人辛勤劳动得来的伟大成果而不顾，试图回到经典力学时代来处理当前物理学所遇到的前沿难题。

博主回复(2014-5-14 14:53)：不尊重前人辛勤劳动得来的伟大成果，为反对而反对无疑是错误的。但是，将前人成果看得高不可攀、很神秘，也没有必要。
其实，我也不是坚持要回到经典力学时代。由于量子力学在宏观尺度处理问题和牛顿力学没有区别，所以，您完全可以认为我在用量子力学处理我们讨论的问题（其实，是我不懂量子力学）；这就是量子力学和经典力学的统一性，或者就是您所说的整合。在这个整合的基础上，利用统计思想处理复杂体系问题，就是统计物理学（包含热力学）；仍然是一个统一的整体【包含量子力学（牛顿力学）、统计物理学（热力学）】。由于相对论与量子力学之间的缺痕已经被弥合，发展起了相对论量子力学（但是我不懂其具体内容），可见，上述那个统一的整体中，也还包括了相对论。

博主回复(2014-5-14 15:03)：这个泛函H所具有的时间导数小于零，是不可能由数学公理、公设直接推导出来的，因此，不必把它看成“天喻”。

博主回复(2014-5-14 15:24)：我承认，在极限条件下，可能需要利用相对论、量子力学观点对经典力学的结论做出必要的修正。使其更符合实际情况。但是，在我们讨论的问题中，不需要进行相对论修正，是确定无疑的；分子通过狭管过程，如果细细研究，必定需要量子力学知识；但是，由于在量子力学世界，能量守恒仍然成立，我们完全可以利用这个结论，抛开分子通过狭管过程中的细节，而不影响我们对主题的讨论。

[33]detongpu  2014-5-14 19:16

文章标题：和友人讨论玻尔兹曼“H定理”的感悟

您提出并讨论这个问题虽然很有意义，但在现阶段不可能达成共识。我在第一个回帖中已经表明，不搞清楚统计物理中的微观可逆宏观不可逆的物理机制，很难回答李先生的问题，也很难阻挡人们研制“永动机”的兴趣。目前为止，理论界解释这个物理机制只用了一个公理——最小作用原理，但对于粒子作“遍历”运动尚是一种假设，至今仍未作出有逻辑推理的一般性证明，因此，“麦克斯韦妖”就有理由跑出来挑战热力学第二定律。不过，我的感觉，您设想的“麦妖'也很难撼动热力学第二定律。其原因不可能在论坛上三言两语说清楚，搞不好，也许会出现某学者和您“君子之辩”所说的情况——会引来更多的反对者。简略地说，欲想解开这个议题的症结，必须找到H函数的本体形态，而要找到H函数的本体形态，必须实现相对论、量子论与统计物理的彻底整合。

博主回复(2014-5-14 21:14)：您好。在和您讨论问题的过程中，受到您问题的引导，我感觉自己似乎已经发现了，热力学第二定律成立的必要条件。就此，已经专门写了一篇很短的博文，欢迎您批评、指正。

博主回复(2014-5-15 11:21)：如果没有我们特殊设计的狭管发挥持续的自组织（形成一个定向运动队列）作用，作为一个满足前文所述热力学第二定律必要条件的封闭系统，必然走向“热寂”（热平衡）状态，具有不可逆性。被称为“宏观不可逆”。

这个一定条件下的“宏观不可逆”，其实，根源于微观不可逆：分子间的碰撞作用，可以使高速率分子降低运动速率；却不可能使高速率分子提高运动速率。两个分子相撞，结果只能导致高速率分子降低运动速率，不可能在碰撞发生后通过将这个先前发生过的碰撞过程反演，让两个分子再次碰撞，使得再次碰撞后，上次碰撞过程中降低运动速率的那个分子重新获得高速率（即，微观不可逆，是“宏观不可逆”的基础）！

博主回复(2014-5-15 11:24)：深切感谢您不惜花费大量时间和我交流讨论，促使我在您的问题引导下，认识不断得到深化。

[34]detongpu  2014-5-15 12:50

文章标题：深切感谢辩友detongpu先生

探索宇宙真理，多数人是为满足自己的好奇心，“好奇心”就是孟子所说的“是非之心，人皆有之”，这是人性中固有的社会属性动机需求，君子之辩能使辩论双方都能获得快乐，因此，不必互相道谢。一个地理教员能在科学网上提出热力学第二定律中存在的前沿难题，这种勇气本身就很了不起。“麦克斯韦妖”挑战第二定律不会得逞的案例有许多，从各类“布朗运动”无法消除中人们就可得到领悟，目前需要深入研究的是“布朗运动”或“宏观不可逆”的动力学机制，这是您提出这一议题的价值所在。通过对本坛学术讨论的情势观察，实现这一价值的可能性很小。

博主回复(2014-5-16 07:56)：赞成。君子之辩的确可以使我们从中都感受到快乐。
昨天在发此感谢博文之前，还发了一篇博文《“宏观不可逆”的根源是微观不可逆》讨论了“宏观不可逆”的物理机制。请批评、砥砺。

[35]detongpu  2014-5-16 21:34

文章标题：“宏观不可逆”根源于微观不可逆

李老师：您好！在牛顿力学中，时间反演是对称的，也就是说，经典力学方程中等式左边和右边的因果关系是等价的，可以把等式左边看成是”因“，也可以把它看成是”果“，这就是所谓的”时间可逆性“。但是，现代物理学所揭示的规律却与经典物理大不一样，在量子力学中，粒子在被观测前遵守波动方程，处于各态叠加状态，倘若一旦发生坍缩，它就再也不能回到原先的叠加态；在热力学第二定律中，玻尔兹曼用经典力学的微观粒子时间反演可逆，导出了宏观熵值不可逆单调增大的结论。因此，您理解的”微观不可逆是宏观不可逆的基础“不正确，正确的理解应当从玻尔兹曼H定理入手，H函数从微观粒子时间反演可逆导出了宏观熵值不可逆单调减小的结论，与单调增大的S熵值正好形成对称互补的时间箭头，S熵值单调增加是因为H函数时间之箭约束着麦克斯韦妖不能跑出来挑战第二定律，宏观系统必须按照H函数的指令演化，这就是近代科学巨人普里高津、霍金、彭罗斯等人所要追寻的”时间之箭“难题。我的初步预测，H函数的本体很可能是反物质原子结构中的负能态正电子，这方面的理论目前尚未建立，因此，您所提出的议题应当属于科学即将发生重大转型的前兆之一。

博主回复(2014-5-17 08:45)：纯粹数学思维，当然会做出微观可逆的论断。但是，我们毕竟只是以数学为工具、研究物理问题。从物理角度分析，由于高速微粒和同向运动的微粒相撞，只能发生在追及条件下，导致高速微粒速率降低；逆向碰撞则一定导致高速微粒速率降低。这样就造成，微观来说，碰撞前后的速率变化就不可逆。由此可以导出，宏观说，满足热力学第二定律成立之必要条件的封闭系统中，所有微粒运动的运动速率将无限趋向平均速率（宏观不可逆）。前辈大师具有精深的数学造诣，而我，由于我的水平所限，固执地坚持凭粗浅物理直觉思考问题，可以发现：“宏观不可逆”根源于微观本身就不可逆。

[36]detongpu  2014-5-18 09:47

文章标题：“宏观不可逆”根源于微观不可逆

热力学第二定律推导过程仅在确定玻尔兹曼关系式时用一点数学知识，理解微观可逆机制不需要很高深的数学，它就是一种很普通的无耗弹性碰撞，无耗弹性碰撞就是经典力学中对称反演的可逆运动，即使达到热平衡时，气体分子漂移运动依然是可逆的。这里需要提醒的倒是热系统的发热机制，传统理论认为，热系统发热机制是气体分子的动能，这种认识可能与实际情况有很大偏差，分子动能是不能直接转变为热能的，热能由“热质”提供，在非平衡态系统，高温区域的热质密度高，气体分子密度低，低温区域反之。这种“有序性”在H函数指令下，按照玻尔兹曼关系式，气体分子因有“遍历性”而使它在可逆运动中将整个系统的密度分布趋向均衡，随之，“热质”分布也趋向均衡，最后实现不可逆的热平衡。这种新观念可能要在物理学“新三论”整合后才能被人接受，在此预先指出仅供您参考。

博主回复(2014-5-18 14:12)：微观不可逆，如果非要寻找数学依据的话，那么，应该是这样的：
由 F=mdV/dt;     可导出  Fdt=mdV;  
当速度为Va，Vb两个微粒碰撞时，作用力等于反作用力，冲量大小相等，方向相反，可导出   mdVa=-mdVb   即dVa=-dVb；在这个动量守恒关系式中，时间参数已经被消去了。不可以因为牛顿第二定律包含时间参数，且对时间参数反演对称（可逆），进而断言，粒子碰撞过程就一定可逆。事实上，我们已经可以证明，在满足热力学第二定律成立所需必要条件的封闭系统中，微观碰撞过程确实是不可逆的。

博主回复(2014-5-18 14:37)：“等几率”，“各态历经假说”，本身就根源于热力学第二定律，再用以它们为基础的H定理来证明热力学第二定律的正确性，实际上已经陷入了循环论证的泥潭。

[37]detongpu  2014-5-18 18:11

文章标题：“宏观不可逆”根源于微观不可逆

H定理是对气体分子为什么必须作“等几率”或“遍历性“运动的逻辑证明，它所揭示的宇宙奥秘要比玻尔兹曼关系式深刻得多。在推演H定理时，玻尔兹曼作了总动量、总能量和动量矩守恒假设，这三个假设全是经典力学公理，不需要证明。而在第二定律推导中，玻尔兹曼的三个假设是总粒子数守恒、总能量守恒、粒子所有微观态出现的概率相等，这三个假设中前两个是公理，不需要证明，但后一个”等几率“不是公理，需要证明。在H定理推演中增加的动量矩守恒很重要，说明粒子在碰撞前后是在一个时空均衡的相域中运动，与粒子在空间的取向无关。这是一个对全宇宙各相都适用的惯性系开放系统，它的熵流来自于外场力，这个外场力任何系统都不能对它进行封闭。对于H定理的类似解释，好像在一个论文中看到过，但总揽所有文档，尚未见有揭示产生这个负熵流的本体要素。

[38]detongpu  2014-5-18 18:28

文章标题：“宏观不可逆”根源于微观不可逆

物理学时空是动体及其运动场所的内禀要素，时间和空间紧密联系在一起，两者不可独立存在。数学家闵科夫斯基在给出四维时空方程后，曾有一句令人深思的名言，他说：“从今以后，空间本身和时间本身都已成为阴影，只有两者的结合才能独立存在。”这是顶级数学大师将他的时空方程翻译成物理语言的天才断言，遗憾的是，闵氏之后的理论物理学家没有能足够重视这一断言的伟大价值。气体分子反演就是退回原来状态，相当于”动体“的内禀时间倒流。

[39]detongpu  2014-5-18 19:52

文章标题：“宏观不可逆”根源于微观不可逆

动体的内禀时间不可能被消除，它存在于动体的速度中，速度等于路程除时间（v=s/t）,速度v是矢量，路程s是标量，故当动体返回原来状态时，速度中的时间之箭（t）指向过去，将动体的运行速度变成负值。

博主回复(2014-5-19 07:46)：从根本上说，以统计的思想观照经典力学体系，形成经典统计力学；以统计的思想观照量子力学体系，形成量子统计力学。思想的观照，本身不可能改变系统本身的运动状况，形成新的物理规律（只能是微观规律的宏观表现）。套用一句流行语：观照，或者不观照，规律就在那里；不增、不减。一定条件下宏观的“不可逆”，只能是微观不可逆的反映。