在当前社会中，能量及其转换是一个全世界众目睽睽的大问题！

 

在我的新书“现代热力学”中对热力学学科的文字表述或定义是:

 

热力学是研究能量及其转换的科学, 也是研究由大量粒子(或单元)组成宏观体系变化和发展的科学.

 

其中前半句话引自JP Holman，Thermodynamics [M]. 3rd edn. New York: McGraw-Hill, 1980, 1. 中译本: 曹黎明, 邱海平, 侯增祺译, 热力学. 北京: 科学出版社, 1986, p. 1；而后半句话是很多热力学教科书中所共同采用的。应该说这样的定义是恰当的，也是符合实际的。

 

在经典热力学中由于研究对象是简单体系，特别是理想气体的压缩和膨胀等，因此对能量及其转换的研究主要停留在热功转换。当然经典热力学也研究相变和反应热等等，主要还是停留在和热相关的变化方面。在当今世界上涉及能量及其转换的研究可以说是铺天盖地。能量及其转换的研究价值和重要性也是不言而喻的。这就要求我们开展现代热力学的研究。克劳修斯早在1865年的一段话是很有启蒙意义的。他说：

 

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。

 

这是我2007年在在美国从英译本原著中找来的，至今还没有在其他热力学书籍中发现过。前半句话是很普通的，就是在最简单的理想气体体系中也能实现的热功转换等等，也就是说自发过程都是向能量耗散的方向不可逆地进行的。后半句话（我添加了下划线）非常重要，也就是说非自发过程（需要有效能量补充的）只可能在自发过程提供有效能量补充的情况下进行。请注意其中“自发过程提供了有效能量”而“非自发过程得到了有效能量的补充”，也就是说能量发生了转换。如果这两种过程都是化学反应或生化反应时（注意以下“过程”和“反应”是等价的），一种形式的能量形式已经转变成一种形式的能量形式. 注意：这里所讲的“能量形式”是非常广泛的。决不是仅仅局限于“热”和“功”，因此所讨论的体系也决不能局限于“理想气体”等简单体系。这就是现代热力学！

 

马上会有人质疑说：难道克劳修斯时代就有“现代热力学”！应该说在克劳修斯时代并没有划分“经典热力学”和“现代热力学”，但是克劳修斯已经清楚地划分了“不需要补偿”和“补偿下进行”两大类体系，实际上这恰恰就是今天划分的研究“非耦合”体系的经典热力学和研究“耦合”体系的现代热力学两大类。

 

我真不知道为什么克劳修斯如此重要而又如此精妙远见的现代热力学启蒙思想和论述，会始终得不到应有的传承！这大概就是发展的科学的发展规律吧！

 

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