昨天上了本学期第一次课程，主要是课程铺垫。

我讲到昂萨格理论和耗散结构理论获NB奖的史料时，突然忘了人名了，今天再给他们补上。

其实，这也不怪我，工热还用不到这些“高大上”的理论，何况他们的研究成果虽然雷声很大，雨点却很小，还没有对热力学领域产生革命性的影响，难怪他们获得的化学奖。

他们的物理课一定是化学教师教的，跨界了，哈哈。

其实，也没有多少人真正弄得他们的理论，也时不时冒出几个所谓“牛人”或者“棒槌”说：他们的研究是伪科学。我才懂了个皮毛，认为他们的理论也还没有上升为“定律”，不被理解正常。没有被工程领域广泛应用也是很难被人理解的原因之一。

我不想给学生们介绍“新成果”，我只想把课程讲好，少一些考试不及格的学生。而讲“旧知识”不代表不研究新知识，至少有教学体会。

王安良

2015-9-17

热力学第零定律和温度

王安良

（2015-9-17，教学体会01）

这个定律在热力学四大定律里面，提出的最晚，但是排名最靠前。

首先问，什么是温度？通俗地说，就是物质冷热程度的一种定量表征。怎么测量温度？说来话长，但是热力学第零定律给温度测量插上理论的“翅膀”。第零定律简言之：与第三个系统处于热平衡的两个系统，彼此也处于热平衡^[1]。

The zeroth law of thermodynamics: If two bodies are in thermalequilibrium with a third body, they are also in thermal equilibrium with eachother^[2].

这个定律给“热平衡”下了定义。是从宏观和统计的角度，使人们容易理解“准静态”，也给温度测量提供了理论基础。然而，这个定律也就设了一个不可逾越的陷阱。一直隐含了不可调和的内在矛盾：自然界本无热平衡，而它却定义了“热平衡”。（需要一个非平衡状态下的温度的新定义，在适当的时候，我们将发布自己的想法。）

定量表示温度，有很多种标尺，即所谓温标。理论上，绝对温度的取值范围是零到正无穷大，还有负绝对温度，即（-∞,0）U（0,+∞）。工程热力学只关心跟正绝对温度相关的问题，需要一种定量化描述标尺，热力学温标就提供了这样一种标尺，它的零值点为奇点，不可达（在热力学第三定律中再进一步讨论），若再定一个“客观”存在且易确定的温度点，就能确定一条射线，射线理论上与正实数一一对应。但是我们在“宇宙”中并没有发现温度为无穷大的点，也许真有这样的点，这是理论热力学探讨的事情。

我们认为：如果用对数坐标来表示正绝对温度，只要规定一个单位温度值点，那么对数温度的取值在理论上就可以从负的无穷到正无穷，与数学上的实数就一一对应了。从数学上来说，正负无穷大都是一个理想概念，现实生活中并不“真实”存在（研究无穷大的物理意义和实用价值一直是数学家的工作）。这样，在逻辑上负对数温度无穷大与正对数温度无穷大，都是现实“不可达”的。如果采用对数坐标来表示温度，一方面在数学理论上更加严密；另一方面，处理工程问题也更加方便。

我们是否就可以取消热力学第三定律？这一定是个值得深入探讨的问题。我倾向于不可以，采用对数坐标系，恰恰反映了其物理内涵，数学表达无非是一种合理的逻辑再现而已。

其实，对于正物质占主导地位的宇宙，实际中热能、熵、压强、比容为零或无穷的物质是不存在的，或者没有现实意义，它们的取值特性与热力学第三定律是否可以合并为一个定律？

参考文献：

[1].    朱明善，刘颖，林兆庄，彭晓峰，工程热力学，清华大学出版社，1995，第1版

[2].    Yunus A. Cengel, Michael A.Boles, Thermodynamics : an engineering approach, McGraw-Hill, 2002