警惕热力学的“经典牢笼”

 

 

我完全同意李铭老师提出来的文字表达式 “非耗散+ 准静态 = 可逆”。实际上应该表达为 经典热力学认为：“非耗散 = 可逆”。李老师已经把问题的一半解决了。留下来的另一半应该由我来解决。 即 现代热力学认为：“非耗散 ≠ 可逆”。

 

于是什么是 “现代热力学”的问题就应该由我回答了。答案就在我的两篇博文“扩展卡诺定理”和 “克劳修斯的“补偿”中。克劳修斯的“补偿”现在就称为“热力学耦合”，

 

1865年克劳修斯的原话是：

 

第二基础原理，在我所给出的形式中，断定所有在自然界中的转变可以按一定的方向， 就是我已经假定是正的方向， 不需要补偿地由它们自己进行；但是对相反的方向，就是负的方向，它们就只可能在同时发生的正转变的补偿下进行。

 

显然，克劳修斯所讨论的体系中至少包含两个（或两类）过程：1. “正的方向”的“不需要补偿地由它们自己进行”的自发不可逆过程；和2. “负的方向”的“在同时发生的正转变的补偿下进行”的非自发不可逆过程。

 

用熵产生的数学式来表达，就是[d_iS₁ < 0, d_iS₂ > 0 & d_iS ³ 0]。这就是“现代热力学”（狭义的）。其中，非自发过程的熵产生是负耗散的，即d_iS₁ < 0；自发过程的熵产生是正耗散的，即d_iS₂ > 0；而经过补偿以后体系的熵产生仍然不可能是负耗散的，即 d_iS = (d_iS₁ + d_iS₂) ³ 0。

 

现代热力学（狭义的）就是处理多个不可逆过程相互耦合（又称“补偿”）复杂体系的热力学。因此现代热力学认为，“非耗散”（狭义的）就是两个不可逆过程的正耗散和负耗散恰好补偿的体系，即[d_iS₁ < 0, d_iS₂ > 0 & d_iS = 0] 。当然还是“不可逆”。

 

把我的三段论用式子来表达：

“不可逆”≠“可逆”，

“非耗散”可以是“不可逆”，

所以，“非耗散”≠“可逆”。

 

正如我在“经典牢笼”博文中所说：“在经典热力学中, 过程的熵产生d_iS_p永远等于体系的熵产生d_iS, 经典热力学第二定律的数学表达式就应该是: d_iS_p ≡ d_iS ≥ 0.” 也就是说, 在经典热力学中，或者说在“经典牢笼”中，总是把体系和过程当成是一回事，只考虑单一过程的简单体系。更严格地说经典热力学只考虑非耦合（又称无补偿）体系。因此，经典热力学认为：“非耗散 = 可逆”。这个结论只适用于经典热力学的对象，而不是普适的。

 

千万注意：这个“经典牢笼”可能还笼罩着我们，甚至要经历一代人。

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