摘要：本文提出了一种新的解决能源危机并且遏制全球变暖的方法，将热能转换为其他能源，使得能量可以循环利用。同时，分析了热力学第二定律的严谨性和热能转换为其他的能量的可能性。

关键词：能量，热能，能源危机，能量守恒

中国已成为煤炭、钢铁、铜等世界第一消费大国，继美国之后的世界第二石油和电力消费大国后，随着经济快速发展，我国主要能源和初级产品的供求格局发生了较大变化，资源对经济发展的制约作用开始显现，且差距呈越来越大之势。从长三角的“电荒”到涉及东北、华东、华南、西南等地区的“煤荒”与“缺油”，都显示能源危机迫在眉睫。核能等新能源都在资源和使用上都是有限的。在此提出热能转化来促进能源循环使用的解决能源危机措施。除了其他的能量被消耗以外，地球也在逐步变暖，会引发各种不良的后果，比如冰川融化、疾病增加、各种灾害、对动物和植物产生不良影响。据世界卫生组织估计，从2000年起，气候变化已经直接或间接的使全球100万人丧命。

能量是守恒的，它之所以不能够被再度利用，是因为所有的能量几乎都最终转换为热能，但是在温度不高的情况下，热能是很难有效地转换为其他的能量，所以只要能够有效将低温（包括常温）的热能转换为其他能量，我们就可以有源源不断的能量利用。另一方面，也可以在一定程度上防止全球变暖及其相应的危害。人们往往总是研究通过高温做功，但是为什么人们不积极去研究将热能有效转换为其他的能量，除了低温下热能转换本身可能是一个难题以外，与热力学第二定律的存在息息相关。

关于热力学第二定律，有如下表述：

1850年，克劳修斯在卡诺的基础上统一了能量守恒和转化定律与卡诺原理，指出：，这就是热力学第二定律。不久，开尔文又提出：这就是热力学第二定律的“开尔文表述”。

克劳修斯表述为：一个自动运作的机器，不可能把热从低温物体移到高温物体而不发生任何变化。

开尔文表述为：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响；或不可能用无生命的机器把物质的任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获得机械功。

奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机不可能制造成功。

热力学第二定律从一定程度上限制了人们研究低温热能转换的问题的兴致。我们从另外一种角度来分析热力学第二定律。首先，从定律上并没有完全排除热能转换为功的可能性，所以可能在定律的限制下去寻求常温和低温热能有效转换的途经。热力学第二定律有多种表述，而某些表述非常微妙，其实它们留下了比较自由的空间，比如以下两种表述：1）不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化．这是按照热传导的方向性来表述的．2）不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．这是按照机械能与内能转化过程的方向性来表述的，而有人将此理解为“第二类永动机是不可能制成的”，显得武断。如果我们去掉“引起其他变化”的条件，则可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而“引起其他变化”本身就是一个非常广泛的条件。

此外，定律的严谨性也有待商榷。热力学定律是基于实验的，而实验的并不能够保证能够涉及到所有的情况。他们在热力学第二定律中仅仅考虑的热能有从高到低传递一面以及对外做功的考虑，但是可能对热能的支配规律远远不止这些，包括各种化学反应和核反应、电能、磁场的转换问题。水有从高到低的趋势，依据这种趋势，水将会最终保持水平状态，但是现实并不如此，因为影响水的流向的因素太多了，热能也是如此，对热能可以施加影响的也不仅仅只有对外做功。热力学定律表达了一种自然状态之下的趋势，但是这种趋势依然有被其他的机制阻挠的可能性。内燃机和阀门也提供了一种单向的机制，这种单向的机制或许可以启示我们在热力学方面找到一种类似的机制，当然它可能是从更加微观的角度来实现的。如果我们能够利用某种阀门机制把低概率的事件充分利用和保持，并且对高概率的事件进行遏制，就有可能让熵增加，而现有的理论也没有排除这种机制的存在。

注意到热力学第二定律实际上主要针对于热能转变为动能，如果在有其他能量转换存在的情况下，热能有可能变成其他的能量，然后再从这种其他的能量转变为动能。一些人将热力学第二定律推广到热能不能自然地转变为其他的能量，这是不太合理的。假如热能具有这种单向性，而且这种单向性不受到其他的影响，世界上的温度应该最终趋向均等，其他的能源如果只能转变为热能，则世界上的一切能量最终变成热能，自然界就不会有循环往复，这显然是不对的。

实际上在一些严谨的表述中，对热力学的适用范围是有限定的，对于微观不一定适用，适用于孤立系统等。

此外，我们也应该看到，热力学第二定律是一种统计上的规律，在大量分子作用的情况下，呈现一种整体上的趋势，与大数定律有关联，在极端的情况下，违反规律的事情是可能以非常非常低的概率发生的。因此，没有必要把它当做一种绝对真理。我们以两个分子为例，一个分子热能高，速度快，另一分子能量低，他们的运动方向是垂直的，低能分子的运动方向正好撞上高能分子，高能分子在低能分子运动的方向上的速度分量为0，则撞击后，高能分子的速度增加了，低能分子运动速度下降。

能源将取之不尽，用之不竭。虽然低温和常温下热能的转化非常困难，但是并不存在原则上的障碍，而且能量守恒定理也证明了可行性。低温情况下，热能即使转化为其他的能量，也容易集中和存储。可见需要进行相关的研究，虽然存在许多的障碍，但是应当看到，许多发明创新都实现了许多难以想象的功能，在能源这个至关重要的课题上，更要满怀信心进行研究。在这些方面最近就有纳米材料具有将细微变化的热能和动能转化为电能的性质，这可能会为在低温下实现热能有效转化为电能或者其他能量提供基础。 热能转化的实现可以从上述的纳米材料入手，也有望从生物方面来实现。