热力学第四定律

王立功

（万宁兴隆王立功科研中心，海南 万宁 571533）

1 问题的提出

按照传统热力学三定律，我们只能看到一个不断衰落的世界。在这个世界里所有的热过程都是从高温降至低温，都是熵在增加，物种在衰落、灭绝；恒星在衰变、死亡；行星和卫星也都会逐渐停止自转，归于死亡。但我们看到的世界却是另一番景象：崭新的星系在诞生，新的物种在显现；事物在由低级到高级发展。这些现象表明宇宙客观存在另一种规律——热力学第四定律。

2 热力学第四定律

在北方，冬天洗了衣服晾在外面，已经是冻得硬邦邦的了。到晚上，收衣服的时候，竟然发现衣服竟然差不多干了，这就是固态水分子的蒸发。这是北方日常生活里所见到的现象，在工业上应用得更加广泛，比如冻干血浆、冻干水果、冻干蔬菜等，这样可以避免高温烘干过程对物料的损坏，保持物料的生鲜特性。

3 高温下的热力学第四定律

热力学第四定律在常温或者低温情况下适用，在高温下一样适用。

3.1 第一次工业革命的蒸汽革命

英国人瓦特发明了蒸汽机，掀起了人类第一次工业革命。燃烧木柴或煤炭使锅炉里中的水蒸发，推动活塞连杆机构运转，使列车在铁轨上飞奔，效率远高于马车。之后，又用蒸汽推动纺织机、发电机、航海的轮船等。蒸汽革命也是一次科学革命。这次科学革命使生产力大大提高，也大大改变了生产关系，人类第一次进入了资本主义时代，社会的发展像插上了腾飞的翅膀。无数的人赞叹第一次工业革命的成就，但没有一个人正确提出来，这是热力学第四定律起的作用。

3.2 太阳大气层的怪现象

天文学家们一直感到奇怪，为什么太阳的大气层远高于太阳表面的温度？其实这也是热力学第四定律“导演”的杰作。人们一定会问，热力学第四定律的机理是什么？影响热力学第四定理的因素有哪些？

4 热力学第四定律的机理

我们知道液体的表面和内部是非常紧密的，在外部施加很大的压力，也很难使液体的体积缩小。可以想象，平静的液体表面是一层一层排列的，每一个原子或分子的下面基本上有三个原子或分子在支撑。而对于所有的原子或分子，他们热振动的方向、幅度、强度都是不可知的，我们了解的只有它们的平均温度或平均热能量。但我们也知道，一定有处于液体表面的原子或者分子，它们正好受到了下面三个原子或分子的强力推动，得到了向上飞的强大能量，超过了地球引力的束缚，腾空而起。下面第二层的原子或分子的能量损失过多，温度下降。

4.1 地球表面水的蒸发

我们可以想象，由于地球的质量巨大，地球的引力场使锅炉内的水分紧密接触。随着平均温度的上升，能够达到腾飞的分子增加，锅炉内蒸汽的压力也逐渐提高。根据炉火燃烧的情况，也就是能量继续供应的情况，以及所需蒸汽压力的要求不同，能量支出达到平衡时，水温与蒸汽温度会达到一定的平衡，同时，保证排出的蒸汽量达到要求。这当然需要有一个控制的机构，即一个利用转速控制汽量的装置。可以认为，生产蒸汽就是制造原子分子层面的宇宙飞船群体，所以，蒸发潜热远高于冰的融解潜热。

4.2 太阳表面分子的蒸发

太阳的表面称为“光球”，太阳光球的温度是靠颜色确定的。这是因为物体会随着温度的升高而改变颜色。通常情况下，600℃时为深红色，1 000℃时为鲜红色，1 500℃时为玫瑰色，3 000℃时为橙黄色，5 000℃时为草黄色，6 000℃时为黄白色，12 000～15 000℃时为白色，25 000℃以上时为蓝白色。光球外面是太阳大气，依次称为“色球”和“日冕”。肉眼只有在日全食时才能看到色球和日冕。光球的颜色呈黄白色，因此，我们可以估计它的温度大约为6 000℃。

日冕的颜色呈青白色，温度高达25 000℃以上，甚至高达1.0×106～2.0×106℃，这是经过多重碰撞能量提高的结果，也是第四定律可以解释的。

5 形成热力学第四定律的条件

5.1 有相当的质量集中度

能够使液态分子受到引力中心的吸引，紧密地互相接触，从而使混乱的分子热运动碰撞能量提高的过程成为可能。比如日冕区域虽然远离光球，但由于太阳的巨大引力，日冕中的粒子仍然可以依靠第四定律的机理不断继续提高温度水平。实际上，高温辐射现象就是热力学第四定律提供的条件。

5.2 有相当的温度

能够进行分子的热运动碰撞，比如太阳系小行星带内的星体，由于不能维持温度，所以，无法观察到热力学第四定律说明的现象。

6 补充了对宇宙的认知

宇宙不再是单向冷却的环境，那样的宇宙根本不会形成，也不会存在；从一处原始氢气云开始，在引力作用下逐渐形成星系，体积缩小，质量集中，开始了星系的生命过程，即由低级到高级的星系生命全过程。

达到核聚变程度的星体开始向四周发射粒子离子光子等，使物质同时进行分散进程，在遥远的空间逐渐形成新的氢气云。宇宙的各个部分在不断进行这样的聚集和分散的现象，但每一处的氢气云不同，星系的情况也不会相同。