為什么熱水比冷水結(jié)冰快—非熱力學(xué)“另類(lèi)”解讀

文/劉榮逵

1 “熱水比冷水結(jié)冰快”問(wèn)題的由來(lái)

2300年前，古希臘偉大的思想家亞力士多德就發(fā)現(xiàn)，在室外寒冷的環(huán)境中，熱水比冷水先結(jié)冰。2000多年過(guò)去了，這個(gè)著名的謎題至今無(wú)人能給出確切答案。人們對(duì)于這個(gè)有悖直覺(jué)的現(xiàn)象，很容易懷疑它的真實(shí)性?？陀^事實(shí)告訴大家：這是真的。

上世紀(jì)80年代初，我曾研制成功冰激凌機(jī)，并獲得專(zhuān)利授權(quán)。當(dāng)時(shí)是用冰激凌液在冰箱冷凍室中制成冰激凌。加的水用過(guò)熱水也用過(guò)冷水，結(jié)果總是熱冰激凌液先結(jié)冰。后來(lái)用單純的水在冰箱中做冷凍試驗(yàn)，熱水并不總是先結(jié)冰。但在冰箱里冷凍水的試驗(yàn)結(jié)果，絕不能否定冬日室外熱水先結(jié)冰的現(xiàn)象。

無(wú)論是亞力士多德發(fā)現(xiàn)的“熱水比冷水先結(jié)冰”，還是在冰箱冷凍室中熱冰激凌液比冷冰激凌液先凍成冰激凌，都是當(dāng)今已知的物理學(xué)和熱力學(xué)知識(shí)無(wú)法解釋的。

2 熱力學(xué)理論解釋不了“熱水比冷水結(jié)冰快”的謎題

按照熱力學(xué)第二定律，熱量只能從高溫向低溫順向流動(dòng)，從來(lái)不反流。由于中間的溫度不能跳過(guò)，按照這條路，熱量流動(dòng)只能使高溫的熱水順向降到冷水的低溫，再接著順向降到冰點(diǎn)，結(jié)冰。在同一降溫梯度中，降溫速度應(yīng)是相同的。當(dāng)高溫水降到原低溫水的溫度后，高溫水的就和原低溫水的降溫趨勢(shì)相同了。而這時(shí)，原來(lái)低溫水的溫度早已降得更低。水向冰點(diǎn)降溫時(shí)，低溫水總在前面領(lǐng)跑，高溫水總在后面尾隨。總是存在冷先、熱后的順序。熱量單向、順向流動(dòng)而從來(lái)不反流的熱力學(xué)第二定律，不支持“熱水比冷水先結(jié)冰”。從熱力學(xué)角度來(lái)看，說(shuō)清這一問(wèn)題已經(jīng)是走投無(wú)路。

3 “熱水比冷水結(jié)冰快”是熱力學(xué)外的事件

鑒于上述思路與客觀現(xiàn)實(shí)不一致，人們只好從熱量的順、反雙向流動(dòng)中尋找答案。熱量雙向流動(dòng)中熱量的反向流動(dòng)就是熱量“反流”。在熱量同時(shí)雙向流動(dòng)中，無(wú)論是熱水或是冷水，誰(shuí)的熱量“反流”作用強(qiáng)，誰(shuí)就可以先結(jié)冰?？墒菬崃W(xué)第二定律明示：“熱量從來(lái)不反流”，這就是2300多年，人們用已知的熱力學(xué)知識(shí)，不能給出“熱水比冷水先結(jié)冰”的確切答案的原因。因此熱量“反流”和熱量雙向流動(dòng)都不屬于熱力學(xué)范疇，而屬于非熱力學(xué)范疇，它們是熱力學(xué)之外的事件。這個(gè)事件向人類(lèi)揭示出：只有物理學(xué)和熱力學(xué)的知識(shí)是不夠的，必須補(bǔ)上非熱力學(xué)知識(shí)的課。人們只有跳出熱力學(xué)的圈子，進(jìn)入非熱力學(xué)的“另類(lèi)”天地，去尋找解決問(wèn)題的出路。這種“跳躍”當(dāng)然是沒(méi)有先例的。

劉榮逵北京百慧生化制藥有限責(zé)任公司高級(jí)工程師

4 跳出熱力學(xué)的圈子，用“另類(lèi)”思維解釋問(wèn)題

驗(yàn)證過(guò)相對(duì)論的英國(guó)著名科學(xué)家愛(ài)丁頓曾斷言：“如果你的理論違背了熱力學(xué)第二定律，我就敢說(shuō)你沒(méi)有指望了，你的理論只有丟盡臉、垮臺(tái)?！彼褵崃W(xué)第二定律，說(shuō)成是“天經(jīng)地義”的“絕對(duì)真理”。

人類(lèi)發(fā)現(xiàn)熱水比冷水先結(jié)冰的事實(shí)已有2000多年，在這2000多年的時(shí)間中，人類(lèi)始終不知道熱量可以反流，一直說(shuō)不清熱水先結(jié)冰的道理。直到160年前，人類(lèi)才發(fā)現(xiàn)了熱力學(xué)第二定律，但遺憾的是，它仍然說(shuō)“熱量從來(lái)不反流”，于是人類(lèi)仍然不知道熱量“反流”是“何物”，仍然說(shuō)不清熱水先結(jié)冰的道理。

事實(shí)上，熱量“反流”在實(shí)際上發(fā)生著，并且造成了“熱水比冷水先結(jié)冰”的結(jié)果。熱力學(xué)第二定律否定熱量“反流”的事實(shí)，怎能解釋熱水比冷水先結(jié)冰的道理呢？

熱力學(xué)的規(guī)律是人為發(fā)現(xiàn)，如果人為發(fā)現(xiàn)有欠缺，人們不會(huì)為了袒護(hù)人類(lèi)自己的過(guò)失，而否定客觀事實(shí)。因此我們更尊重“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的準(zhǔn)則。本人在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)熱量“反流”的事實(shí)，這突破了熱量“從來(lái)不反流”的熱力學(xué)第二定律。突破熱力學(xué)第二定律的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)該是一項(xiàng)重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

5 不“遵守”熱力學(xué)定律的熱量“反流”隱藏了幾千年

在已知世界中，人們認(rèn)為：只有熱量一種能量可以流動(dòng)，熱量流進(jìn)物體，物體的溫度升高，熱量流出物體，物體的溫度降低。并且熱量只能從高溫的物體流向低溫的物體，熱量從來(lái)不反流。人們不知道有其他的能量對(duì)物體的進(jìn)、出能改變物體的溫度。其實(shí)，這是人類(lèi)對(duì)客觀世界的片面認(rèn)識(shí)，熱量并不是“從來(lái)不反流”。

只要有熱量順向流動(dòng)，就一定有熱量“反流”。只有熱量流動(dòng)達(dá)到熱平衡點(diǎn)時(shí)，熱量順向流動(dòng)才不再進(jìn)行，熱量“反流”也才等于零。除了熱平衡點(diǎn)之外，熱量順流和熱量“反流”是普遍存在的。

熱量“反流”是熱量順流引起的一種逆向反應(yīng)。事實(shí)上，熱量的流動(dòng)都是熱量的順流與“反流”雙向合成（相減）的結(jié)果。由于合成的熱量流動(dòng)方向總是與熱量順流方向一致，所以從表面看來(lái)，好像只有熱量順流一種流動(dòng)，這使熱量“反流”隱藏了幾千年。

“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，我在實(shí)踐中發(fā)明了測(cè)量熱量“反流”的裝置和方法，從而發(fā)現(xiàn)了熱量“反流”的事實(shí)。不僅發(fā)現(xiàn)中途換向的熱量流動(dòng)中的熱量“反流”，而且發(fā)現(xiàn)了趨向平衡態(tài)的整個(gè)熱量流動(dòng)中的熱量“反流”。并且把前者稱(chēng)做“顯性熱量反流”，把后者稱(chēng)做“隱性熱量反流”。實(shí)踐證明：在熱量流動(dòng)中，熱量“反流”是熱量順流引起的逆向反應(yīng)，熱量順流是普遍存在的，熱量“反流”也必然普遍存在的。

6 熱量“反流”或熱量正、反雙向流動(dòng)，是開(kāi)啟解釋“熱水比冷水結(jié)冰快”千年謎題的鑰匙

熱量“反流”與“物質(zhì)和冰點(diǎn)間的溫差”呈正相關(guān)，100℃熱水與冰點(diǎn)間的溫差大于35℃的冷水與冰點(diǎn)間的溫差，100℃熱水向冷空間散熱、降溫時(shí)，“引”出來(lái)的水中熱量“反流”比35℃的冷水強(qiáng)。100℃熱水表面熱量的順、反向流動(dòng)的合成結(jié)果，總使100℃熱水比35℃冷水表面熱量流失（空）得快、表面溫度下降得也快。這降低了100℃熱水表面的分子熵，造成100℃熱水表面先結(jié)成冰核，并通過(guò)冰核的“擴(kuò)散”促成整個(gè)100℃熱水（比冷水）先結(jié)冰。這樣熱量“反流”或熱量雙向流動(dòng)，就是開(kāi)啟2300多年的不解謎題之鎖的鑰匙。

熱量“反流”突破了熱量“從來(lái)不反流”的熱力學(xué)第二定律和人類(lèi)頭腦中固有的思維定式，解放了人類(lèi)的思維，解釋了“熱水比冷水先結(jié)冰”的千年謎題。

責(zé)編/龐貝

編后

熱力學(xué)第二定律是熱力學(xué)基本定律之一，內(nèi)容為：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響；不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響；不可逆熱力過(guò)程中熵的微增量總是大于零。

熱力學(xué)第二定律說(shuō)，物質(zhì)中或物質(zhì)之間的熱，只能從高溫向低溫順向流動(dòng)，“從來(lái)不反流”，這等于規(guī)定了在已知世界中，物質(zhì)和熱不可能有可使熱量“反流”的對(duì)立面。

劉榮逵在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)在自然（非人為）的情況下，存在熱量“反流”的事實(shí)。在熱量逆向流動(dòng)中，并未發(fā)生或引起其他變化。而他做這一工作的初衷原于2008年初，中國(guó)科技館曾評(píng)選過(guò)人類(lèi)歷史上最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和最偉大的技術(shù)發(fā)明。中國(guó)古代的四大發(fā)明無(wú)疑是中華民族對(duì)于世界文明的優(yōu)秀貢獻(xiàn)，可是在評(píng)選“科學(xué)發(fā)現(xiàn)”時(shí)，卻沒(méi)有一項(xiàng)與中國(guó)科學(xué)家相關(guān)。這表明中國(guó)十分缺乏“原創(chuàng)性”科學(xué)發(fā)現(xiàn)。劉榮逵說(shuō)“熱量‘反流’的發(fā)現(xiàn)，是中國(guó)的原創(chuàng)性、重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

門(mén)捷列夫說(shuō)：“科學(xué)的原理起源于實(shí)驗(yàn)的世界和觀察的領(lǐng)域，觀察是第一步，沒(méi)有觀察就不會(huì)有接踵而來(lái)的前進(jìn)?！?/p>

刊登此文，意在開(kāi)拓視野，拓展思路，鼓勵(lì)創(chuàng)新。至于文中觀點(diǎn)，限于條件，本刊無(wú)法證實(shí)，希望有志者參與探討。