沈惠川：师恩难忘之钱伟长先生与傅信镛的设想

   关于“英才慧眼试锋芒”一文

      我的“英才慧眼试锋芒”一文与钱临照先生（1906－1999）有点关系。有一天我在钱临照先生处看到《科苑》这本杂志；钱先生告诉我，当时在科大工作的司有和先生（一个部队转业干部）是该杂志的编辑之一，如果要写什么文章的话可以去找他。我的夫人正好认识司先生，因而没费什么工夫就与司有和联系上了。我想写了一篇有关“钱伟长先生与傅信镛的设想”的文章供他发表；但司有和说此杂志已经很难办下去了，最近正好要出末了一期，叫我有文章的话请尽快给他。

      文章的题目“英才慧眼试锋芒”是司有和定的，文章的篇幅也被他删节成现在这样（大概仅存原稿的四分之一或更少）。他除了删节外，还对文章的语句进行了“编辑”。因此在文章发表后我并不高兴，因为与我的本意有大的差别。

      《科苑》在1984年11月发了第6期以后就寿终正寝了；我的这篇“英才慧眼试锋芒”文章实际上没有发挥任何作用。

      司有和后来离开了科大。

关于傅信镛先生及其设想

      有几年寒暑假回上海期间，我都买了“公交公司”的“月票”，以便貌似纨绔子弟地到处闲逛。上海十个区，每个区的“首府”都是我的必去之地。1983年暑假在长宁区中山公园旁边的新华书店里买到了一本由周文斌、宫苏艺两位所著的书《钱伟长》（四川少年儿童出版社，1983）。钱先生是我在清华大学求学时的老师，住在清华园照澜院16号；当时我正在向他主持的《应用数学和力学》杂志（一本现在很出名的学术期刊，比《力学学报》更有影响）上投稿。在《钱伟长》该书第124页的“您像一头雄狮”那一节中，我了解到了傅信镛先生去找过钱伟长先生请求帮助的事。

      我很快就像一个侦探似地在徐家汇漕溪北路沈家宅（现在已经拆除）找到了傅信镛（在一个有一千多万人的城市里找个把人是一件很困难的事）。傅信镛向我介绍了他的设想以及去北京的经过，并向我展示了他的实验设备和他与合作者所制作的电子管（只有两个可用）。

      他当时已经到了上海交通大学应用物理系。应用物理系主任方俊鑫教授为他争取的一笔经费是人民币1000元，这在当时也算是少的。

      在这之前，傅信镛给《百科知识》投稿，《百科知识》编辑部将他的文章转给钱先生评审；钱先生在回信中说：“傅信镛同志的文章提出一种设想，在理论上看这种设想是完全允许的。它比麦克斯韦设想更具有现实意义，但终究还只是科学上允许的设想。至于这种设想是不是能够成为现实，往往是个技术问题。……以我的知识而言，还看不出这个设想有什么致命的毛病。我认为麦克斯韦在1871年能放出一个妖怪来，我们完全应该允许傅信镛同志提出一个设想，绝不应该因为它今天还没能成为现实而封闭这种思想的公之于众。我同意你们考虑在《百科知识》月刊上发表这篇论文。”

      傅信镛的设想其实很简单：他们所制作的电子管的阴极在通电后释放大量无规运动的电子气，然后他在外面加上磁场使这些电子的运动有序化；最后将有序运动的电子引出来以供使用。

      傅信镛的这个实验做成功了。这就是他发电报给钱伟长先生说“蒙老师慷慨相助，麦克斯韦设想实验今天10点30分初试成功”的原委。

      《上海交通大学学报》1979年6月的“增刊”刊登了傅信镛的论文“实现麦克斯韦设想的探讨”，此文是对其实验的一个总结性说明。（《钱伟长》一书的作者说，此文的发表有赖于“钱教授的督促和支持”。）美国《Energy Convers. Mgmt.》后来在1982年第22卷上刊登了此文的英文版。

      但是，对傅信镛设想和实验的异议也相当多。王竹溪1979年5月19日的审稿意见中说：“作者设想两个电极A和B有电位差，A极上蒸发出的电子数大于凝结的数，B极上蒸发的少于凝结的数。但是由于在两个电极上的电子气体的平衡，所以A与B两个电极的差别是不可能产生的。文中所设想的实验装置是很容易作出的，从来也没有人发现这种两个极有电位差的现象。根据上面说的电子气体平衡的考虑，这种现象是根本不会发生的。”

      还有一种异议是对傅信镛实验本身的。有人认为电子管灯丝加热需要能量，而如果实验中引出来的电流的能量少于灯丝加热所需要的能量，则这个实验所产生的结果（可利用的能量）是毫无意义的。为此，傅信镛争辩说，灯丝系统与控序系统是两个完全不同的系统；控序系统产生电流的现象确实违背了“热力学第二定律”的“开尔文（Lord Kelvin of Largs，即Wiliam Thomson，1824－1907）说法”（“不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其它的变化”）。

      钱伟长先生和王竹溪先生对同一件事的不同看法值得玩味。

      傅信镛为此彷徨过，后来又自费去美国访问过。在上海交通大学他讲授汪志诚的“热力学和统计物理学”。在此期间，他在上海找过我两次。有一次他约我在普希金铜像（文革后重建的普希金铜像将他的脸由朝东改为朝南不知有何寓意）附近（那里旁边就是教育会堂，原来是上海市少年科技站旧址，也就是林立果与空四军王維国等人讨论“五七一工程纪要”的地方）的一家饭店聚餐，两人微醺了几杯。

           2007年夏秋，傅信镛自费来访中国科学技术大学，受到了汪秉宏教授的热情接待。他这次带来的（重重的几大包）实验装置的基本原理与原来的相仿，只是电子管中的电子气体可以在室温下蒸发；同时外部的磁场改成了永久磁铁。傅信镛在科大近代物理系的会议厅做了一场学术报告。汪秉宏主持了会议。我和一个学生（兼“热力学和统计物理学”课的助教）宋年卉参加了这次报告会。参加报告会的还有谢彦波和30多位学生。在另一间房间里，傅信镛摆开了他的实验。他的实验受室温影响很大，输出的电流极小，但是有稳定的电流输出这一点在众目睽睽下却是肯定无疑的。

      在会议结束后的聚餐会（汪秉宏作东，还有张鹏飞等人作陪）上，我和汪秉宏都建议他将输出的电流转为实用，哪怕是用于小型电子计算器或电子手表都行，哪怕是在显示屏上只打出一个亮点也行，否则还是无法完全说服别人。

      他临离开合肥前，我送他几本书，其中包括我的《热物理习题精解（下）》。

关于热力学第二定律

      热力学第二定律当然完全正确的，不容任何怀疑。但是正如量子力学有许多种诠释一样，对热力学第二定律的解释，却未必是那么清楚的。

      就拿傅信镛的实验来说，如果将周围环境包括在考虑的范围之内，则无论如何不会违背热力学第二定律。室温使电子管中的电子蒸发，但室温最终必然会降低（而且“永久磁铁”的磁性也会逐渐减退），这就完全符合热力学第二定律；只是周围的环境太大太广，使得室温貌似没有降低而已。实际上，房间里的参观者越多，实验产生的电流就越大，这已经说明了问题。因此从整体来说，他的实验与热力学第二定律并无原则性的矛盾。

      然而从“室温貌似没有降低”来看，好像出现了违背“热力学第二定律”的“开尔文说法”的现象。傅信镛认为周围的环境是个“大热库”，它的变化可以忽略不计，不在他研究的范围之内。

      这就产生了一个怎么解释的问题。

      当然，能从室温中源源不断地取得能源，并且室温没有明显的降低，那也是不错的。管他什么“开尔文说法”！

      有一款用太阳能的小型计算器，在有阳光处就能显示。傅信镛的实验其实与这款用太阳能的小型计算器的原理差不多。如果太阳能的损失可以忽略不计，那么室温的降低也可以忽略不计。

      不过从傅信镛实验的成功可以得到结论：王竹溪先生1979年5月19日审稿意见中的说法不一定对，起码是太理想化了，也许是针对傅信镛早期的实验而言的；而钱伟长先生的“允许一试”的说法比较务实，没有拘泥于未经仔细推敲的“理论”。尽管从热力学第二定律純理论角度来看问题，王竹溪先生并没有错。

      若是傅信镛实验中输出的电流能够转为实用，则可以暂先不必管什么“热力学第二定律”，实惠以后再说。如何解释，那是以后的事，是“理论家”的事。

关于“伪科学”永动机

      众所周知，永动机是“伪科学”。但是对什么是“伪科学”，被批评者固然不清楚，有些批评者自己也不是很清楚。在傅信镛事件中看得很明白：傅信镛本人对是否违反“热力学第二定律”，强调的是“开尔文说法不对”，但对热力学中“开尔文说法”与“克劳胥斯说法”之间的等价性没有展开理论上的分析，因而无法说服别人。与此同时，他对实验结果的说明也有颇多可争议之处。有些概念上理解，他没有与别人达成共识。

      而那些批评他的人，只是从概念到概念，从理论到理论，完全不顾傅信镛本人已经做成实验的事实。如果傅信镛的设想和实验确实违反了“热力学第二定律”，就要仔细分析给他看；如果他对实验结果的解释不对，就要为他找出正确的解释。

      切忌感情用事，上纲上线，互相攻击。

      社会上就是有人喜欢上纲上线，互相攻击，听不进别人的意见，自以为是（有些人还经常耍无赖），因而被人讥为“民科”。

      在“永动机”问题上是如此，在相对论问题上更是如此。许多理解上出现的问题，实际上都是概念不清或智障造成的。许多言语上的冲突，都是自以为是“老子天下第一”、不愿反思自己可能有错造成的。

      以下署名“沈惠川”的文章是经过司有和“编辑”过的；已与我的原文原意相差太多。不过仍有纪念意义，因而找出来放在下面。

 英才慧眼试锋芒

（载《科苑》1984年11月第6期第10－11页）

      “麦克斯韦妖”，乍听起来，好像是个三头六臂，青面獠牙的家伙，其实，它只不过是热力学中的一个名词。

            1850年，德国物理学家克劳胥斯（Rudolf Emanuel Clausius，1822－1888）提出著名的热力学第二定律时曾断言，一切物理过程只能导致能量的减退，产生废能，犹如生物吸取氧气，呼出二氧化碳，而任何将废能转化为可用能的企图都是徒劳的。克劳胥斯的这条第二定律由于指出了什么是可能的，什么是不可能的，因而使物理、化学、生物学过程都带上了方向性。21年后，英国苏格兰物理学家麦克斯韦（James Clark Maxwell，1831－1879）在他的著作《热的理论》中，对克劳胥斯的断言提出了异议，这就是著名的“麦克斯韦设想”。这个设想是，将一个容器分隔成A、B两个部分，在分界壁上有个小洞，由一“小妖”守门。司门“小妖”有特异功能，可以洞察容器中每个分子的运动。它允许运动速度较快的分子通过小洞，从A跑进B部分，运动较慢的分子从B部分跑进A部分。这样，在不消耗功的情况下提高了B部分的温度，降低了A部分的温度，造成温度差，使废能更新为能源。一个多世纪以来，物理学界把这个守门的“小妖”戏称为“麦克斯韦妖”。

      到底有没有“麦克斯韦妖”？如果有，又怎样逮住它，使之为人类服务？这些问题吸引了许多物理学者，使他们绞尽脑汁。上海徐汇中学的中年教师傅信镛也为此着了迷。

在列车上

           1979年冬，从上海开往北京的一列火车应着寒风奔驶着。车厢里拥挤不堪，傅信镛坐在一个角落里埋头看书，那是我国著名物理学家王竹溪（1911－1983）早年的著作《统计物理学导论》。他这次上北京，第一个要找的就是王竹溪。列车里读书是很容易疲倦的，傅信镛把书放在面前的台子上，闭目养神，思想开始跑马了。

      他于1965年毕业于上海师范学院。大学二年级的时候，他就对“麦克斯韦妖”产生了浓厚的兴趣。此后，便开始了对它的研究。

      科学是离不开实验的，他要用实验来说明问题。他精心设计一个个实验方案和程序。为了进行实验，他必须忍受流言的中伤和别人难看脸色的屈辱。1973年，他找到了一个较为理想的实验方案。他要进行实验，于是四方求助，磨脚板，磨嘴皮。五年过去了，他依然两手空空。

      没有别的办法，只有到北京找老科学家，请求他们帮助。临行之前，家人和朋友都极力劝阻，说到北京一无所获是会惹人笑话的。笑话不笑话，他倒无所谓，问题是会不会有所获，他心里不安了。

英才遇慧眼

      傅信镛到北京已经几天了。这天，他来到清华园，找著名物理学家钱伟长（1912－）。一路上，他思索着如何向钱先生开口。在这之前，他已拜访过王竹溪先生。王先生花了半天时间，仔细听取了他的设想和实验方案，最后说：“你想把废能变成有用能，这个想法很好。”

      有些人不相信王先生会说这样的话，有个人甚至打电话给王先生核实。

      傅信镛见了钱先生，还没有说完兩句话，钱先生止住了他：“你先不要说，我要先看看你的论文。”

      钱先生看完论文，敲着桌子说：“好文章，这样的文章才叫好文章！”然后又听了他的实验细节的介绍。最后鼓励他说：“如果能够捉住‘麦克斯韦妖’，那将是对物理学的有个了不起的贡献。你的想法很新颖，也很巧妙，值得一试。”

          32天后，钱先生收到了《百科知识》寄来的傅信镛的一篇论文和编辑部请求审稿的信。钱先生在复信中肯定了傅信镛的设想，认为“它比麦克斯韦设想更具有现实意义”，同意发表这篇论文。

初试锋芒

      钱伟长先生给《百科知识》的复信一下子在上海传开了。

      傅信镛被调入交通大学。应用物理系主任方俊鑫教授（1920－1988）为他争取了一笔经费。他和上海电子管厂的4位同志协作，开始了捕捉“麦克斯韦妖”的战斗，不久，他们便制成了两只实验用电子管。

      实验获得初步成功后，傅信镛怀着激动的心情立即电告钱伟长先生。

      一周后，钱先生来到上海，了解傅信镛实验的详细情况后，要他们把论文和实验报告发表出去，让大家评定。

      在钱先生的督促和支持下，《上海交通大学学报》在增刊上发表了他们的两篇论文。恰巧，此时正是麦克斯韦逝世一百周年。

           1982年，美国《ECM》（能量利用和转换）杂志第1期从第一页开始，全文刊登了傅信镛论文的英译稿。

      傅信镛在他的事业上已经取得了可喜的成就，他没有满足，又在新的领域进行探索了！

沈按：以上是两张普希金铜像前的照片，其中第一张是早年的（铜像前是我的祖母），第二张是现在的；注意在第一张中，普希金的脸朝东，在第二张中，普希金的脸朝南。

附：司有和的来信