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【摘要】：“热寂说”是热力学第二定律的宇宙学推论，自从“热寂说”的提出以来，。人们悲观地认为世界的最终结果是“热寂”。这引起了物理学以及科学领域中的轩然大波以及科学界和哲学界一百多年持续不断的争论。由于涉及到宇宙未来、人类命运等重大问题，因而它所波及和影响的范围已经远远超出了科学界和哲学界，成了近代史上一桩最令人懊恼的文化疑案。以恩格斯为代表的很多人对“热寂说”持批判态度，认为“热寂”是不可能实现的。而真正对热寂致命的否定在于宇宙大爆炸理论的提出。本文就这个过程做一个综述，以供对“热寂说”的进一步研究。
【关键词】：熵;热寂;开尔文;克劳休斯;热力学定律
一、热力学第二定律与“熵”的提出
热力学第二定律（the second law of thermodynamics），热力学基本定律之一，内容为不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响;不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响;不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。首先，鲁道夫·朱利叶斯·埃曼努埃尔·克劳修斯（Rudolf Julius Emanuel Clausius）认为热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，即热量不可能從低温物体传到高温物体而不引起其他变化。其次，开尔文（Kelvin）认为，不可能从单一熱源取出热量使之全部转化为功而不发生其他影响。这就表明热永远都只能由热处转到冷处（在自然状态下）。热力学第二定律是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。它不能从其他更普遍的定律推导出来，但是迄今为止没有一个实验事实与之相违背，它是基本的自然法则之一。
在热力学第一定律问世后，人们认识到能量是不能被凭空制造出来的，于是有人提出，设计一类装置，从海洋、大气乃至宇宙中吸取热能，并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头，这就是第二类永动机（perpetual-motion machine of the second kind）。法国工程师卡诺和美国人约翰·嘎姆吉分别于1820年和1881年设计了卡诺热机和零发动机，然而未能成功。热力学第二定律的提出宣判了第二类永动机的死刑，而这一定律的表述方式之一就是：第二类永动机不可能实现。
熵（entropy）指的是体系的混乱的程度，熵由鲁道夫·克劳修斯（Rudolf Clausius）提出，并应用在热力学中。熵用S表示，从微观上说，熵是组成系统的大量微观粒子无序度的量度，系统越无序、越混乱，熵就越大。热力学过程不可逆性的微观本质和统计意义就是系统从有序趋于无序，从概率较小的状态趋于概率较大的状态。熵的增加就意味着有效能量的减少。每当自然界发生任何事情，一定的能量就被转化成了不能再做功的无效能量。在孤立系统中，实际发生的过程总使整个系统的熵值增大，此即熵增原理。摩擦使一部分机械能不可逆地转变为热，使熵增加。热量dQ由高温（T1）物体传至低温（T2）物体，高温物体的熵减少dS1=dQ/T1，低温物体的熵增加dS2=dQ/T2，把两个物体合起来当成一个系统来看，熵的变化是dS=dS2+dS1>0，即熵是增加的。
二、“热寂说”理论的提出与宇宙热寂恐慌
克劳休斯通过热力学第二定律的研究提出了“热寂说”。他认为，无论宇宙的能量怎么转换（例如煤炭木材的燃烧）都是能量从混乱到稳定的过程。熵是永远递增的，也就是说，带有能量的物体的混乱状态一直在递减。换一句话说，要把能量转化为功，一个系统的不同部分之间就必须有能量集中程度的差异（即温差）。当能量从一个较高的集中程度转化到一个较低的集中程度（或由较高温度变为较低温度）时，它就做了功。更重要的是每一次能量从一个水平转化到另一个水平，都意味着下一次能再做功的能量就减少了。比如河水越过水坝流入湖泊。当河水下落时，它可被用来发电，驱动水轮，或做其他形式的功。然而水一旦落到坝底，就处于不能再做功的状态了。在水平面上没有任何势能的水是连最小的轮子也带不动的。这两种不同的能量状态分别被称为“有效的”或“自由的”能量，和“无效的”或“封闭的”能量。按照这个发展趋势，世界上所有的能量终究会陷入一个寂静的状态，一切都会变的有秩序。热量达到平衡以后，热虽存在，但热运动没有了，宇宙就死亡，处于热寂状态。当整个宇宙都陷入热寂的时候就是宇宙灭亡的时候。
这个理论的提出引起了当时人们巨大的恐慌和巨大的反响。虽说热寂可能离我们很远，然而其存在的可能性让人们很悲观。因为它是基于严谨的科学定律而预言的“世界末日”。这种世界末日的悲观思想造成了19世纪欧美所特有的悲观情绪，使很多人因此对社会进步感到悲观失望，以致不仅自然科学家关心，人文学者也同样关心。这样，热力学第二定律被视为堕落的渊薮。因为它断言，一切都不免从有序走向无序，从整齐走向混乱。甚至更有人延伸说，热力学第二定律表明人种将从坏变得更坏，最终都要灭绝。总之，在19世纪末，热力学第二定律和由它导出的热寂说，已成了社会声誉最坏的科学定律。
三、反对“热寂说”的主要说法综述
恩格斯对热寂说的批判。由于“热寂说”涉及到宇宙未来和人类命运等重大问题，因而也引起了哲学界，尤其是马克思主义哲学的深刻关注，一百多年来，恩格斯对“热寂说”的批判产生了深远的影响。 恩格斯认为，消失到宇宙中的热必然会以某种方式重新聚集。他在其《自然辩证法》导言中，又从能量守恒与转化的观点出发，对热寂说也作了精辟的分析和批判。恩格斯预言，即在一定条件下熵要增加，能量要发散，而在另外一些条件下熵要自发减少，能量要重新集中。其次，热寂说以及热力学第二定律研究的是小孤立系统，不能把有限的孤立系统推广到整个宇宙。当然，坚持热寂说意见的人认为，恩格斯的说法只是一种猜测，不能从物理学的角度说明热量重新聚集的机制。而且，科学的任务就是不断外推，不能把宇宙理解为孤立的系统。 玻尔兹曼（L.Bo—ltzmann）在1872年表示质疑。热力学在局部范围内是正确的，但它不是绝对的规律。他首先赋予熵的增加以统计解释，按照这样解释热平衡态总是伴随有涨落现象，后者是不遵守热力学第二定律的。在宇宙的某些局部可以偶然地出现巨大的涨落，在那里熵没有增加，因此宇宙也就不可能产生热寂，甚至还在减少，因此宇宙也就不可能产生热寂。玻尔兹曼这种“涨落说”有一定的吸引力，但尚缺乏事实根据。天文学观测表明，至今没有任何有说服力的证据说明现在的宇宙是处在热平衡态并存在着上下“涨落”。而且从逻辑上看，玻尔兹曼的“涨落说”实际上是把宇宙“热寂”已经放在他的前提中了，因而他首先承认“涨落”是在平衡态附近发生的。而对于任何“涨落”，不论它有多大，最后必然会消失，重新回到平衡状态。
麦克斯韦（J.Maxwell）在1871年以“麦克斯韦妖”给热力学第二定律提出了一难题。他设想：一个容器分为A和B两部分，中间有一小孔，有一个小精灵能打开孔道，使快分子从A跑到B，慢分子从B跑到A，这样就在不消耗能量的情况下，使B温度升高，A温度下降。这样一来，热量自动从低温部分传向高温部分，系统的熵降低了，热力学第二定律受到了挑战。人们称这个小精灵为“麦克斯韦妖”。直到一百多年后，匈牙利物理学家西拉德揭開了“麦克斯韦妖”之谜。1929年他指出：麦克斯韦妖有获得和储存分子运动信息的能力，它靠信息来干预系统，使它逆着自然界的自发方向进行。1951年布里渊更明确指出，妖精要识别分子，它必须有一个温度与环境不同的微型光源去照亮分子，这就要输入能量，按现代的观点，信息就是负熵，正是麦克斯韦妖将负熵输给了系统，才降低了系统的总熵。麦克斯韦妖正是以此为代价，才获得了所需要的信息（即负熵）的这额外的熵的产生，补偿了系统里熵的减少，从而引起熵的增加。他由此断言妖精是不存在的。
四，另一种反对“热寂说”的说法
地球对正负电子对的阻碍作用使得正负电子对的速度不断变慢，当速度小到某一限度，正负电子对会在地球内凝结成最简单的元素——氢。由于氢原子是一个一个地生成的，这一个一个的氢原子还没有来得及结合成氢气，因而它们必然是原子氢。原子氢的化学性质極为活泼，它在地球内部高温高压的条件下可发生一系列的热核反应。这些热核反应都是能释放巨大热能的。人们知道世界上氮和氧分别约占大气成份的78%和21%，其它各种气体只占大气成分的1%。和大气中其它气体相比，氮和氧是非常特殊的。1938年，美国核物理学家贝特发表了氢通过碳——氮——氧循环而聚变的论文。这篇论文给加州理工学院凯洛格实验室的核物理学家以极大的刺激，因为他们一直在从事这一课题的研究。年轻的福勒从1933年起就在这里研究碳——氮——氧循环中的第一个反应，进行碳核捕获一个氢核形成氮同位素核氮7的实验，还测量了碳核和氮核受质子轰击的作用截面。他们的实验研究定量地给出核反应中释放的能量，提供了检验碳——氮——氧循环可行性的实验依据。同时他们认为，只有在1500万开以上的高温条件下，碳——氮——氧循环核反应才能有效地进行。因此，只有在比太阳质量大很多的恒星上，这种核反应才成为提供能源的主要途径，实现由氢到氦的聚变。大的天体中不断有氢生成。因为在河外星系、银河系、太阳、木星和土星上，氢元素含量和氦元素含量总是约3比1。恒星里的氢长久不衰，所有恒星上主要的核反应都是氢聚合成氦。因为氢是不断地自动生成的，所以氢永远也耗之不尽，用之不竭。恒星也因不断吸收正负电子对而越来越大，大到一定的时候会形致密恒星。最后大量物质解体形成伽马线暴，也就是形成超新星爆发后会分裂成小的星体和正负电子对，这些小的星体又会不断吸收正负电子对逐渐增大形成为一颗新的恒星。因而恒星的整体永远不会熄灭。也就是说宇宙永远也不会热寂。
暗物质，比电子更小的物质目前还无法直接观察到，但人们并不怀疑它们的存在性。正负电子对不带电性，人们一时还看不见它。也称为暗物质。因此，在我们的宇宙中各向同性地分布着许多这种暗物质，它们是以很高的速度作直线运动。暗物质的存在终于在天文学上得到证实。人们根据光度定出的质量总比根据力学定出的质量要小得多。因此，一定存在着大量有力学效果而不发光的暗物质。例如，根据星系周围的物质转动曲线，发现宇宙大尺度范围内存在暗物质。计算表明，银河系的总质量至少比光学区的质量大10倍，即银河系的质量中至少有90%是属于暗物质。所有恒星上主要的核反应都是氢聚合成氦，所谓的氦聚变为碳、碳聚变为氧和镁、氧聚变为氖和硫、……。最后全部变成铁的核反应统统都不存在。因为至今还没有发现一颗恒星含有大量的碳、氧、镁、氖、硫、和铁的。氢在不断地生成着，氢永远也耗之不尽，用之不竭，同时恒星崩溃形成超新星爆发后会分裂成小的星体和正负电子对，这些小的星体又会不断吸收暗物质逐渐增大形成为一颗新的恒星。因而恒星的整体永远不会熄灭。也就是说宇宙永远也不会热寂。因此，不难理解宇宙中散逸的热变成正负电子对的自由能，这些自由能又在恒星中重新集中起来变成热，这一过程的不断重复，就是热的无限循环的动态平衡。
参考文献：
[1]尹世伟，郭庆伟等.从热机到热寂——熵的起源与发展[J].大学化学，2011（1）.
[2]沈骊天. 热寂与发展──跨世纪的论战[J]. 自然辩证法研究. 1994（11）
[3]邓昭镜，袁静平. “热寂论”、热力学第二定律的局限性和负温度系统[J]. 西南师范大学学报（自然科学版）. 2001（06）
[4]郝宁湘. 黑洞与热寂[J]. 内蒙古大学学报（人文社会科学版）. 1998（05）
【关键词】：熵;热寂;开尔文;克劳休斯;热力学定律
一、热力学第二定律与“熵”的提出
热力学第二定律（the second law of thermodynamics），热力学基本定律之一，内容为不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响;不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响;不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。首先，鲁道夫·朱利叶斯·埃曼努埃尔·克劳修斯（Rudolf Julius Emanuel Clausius）认为热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，即热量不可能從低温物体传到高温物体而不引起其他变化。其次，开尔文（Kelvin）认为，不可能从单一熱源取出热量使之全部转化为功而不发生其他影响。这就表明热永远都只能由热处转到冷处（在自然状态下）。热力学第二定律是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。它不能从其他更普遍的定律推导出来，但是迄今为止没有一个实验事实与之相违背，它是基本的自然法则之一。
在热力学第一定律问世后，人们认识到能量是不能被凭空制造出来的，于是有人提出，设计一类装置，从海洋、大气乃至宇宙中吸取热能，并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头，这就是第二类永动机（perpetual-motion machine of the second kind）。法国工程师卡诺和美国人约翰·嘎姆吉分别于1820年和1881年设计了卡诺热机和零发动机，然而未能成功。热力学第二定律的提出宣判了第二类永动机的死刑，而这一定律的表述方式之一就是：第二类永动机不可能实现。
熵（entropy）指的是体系的混乱的程度，熵由鲁道夫·克劳修斯（Rudolf Clausius）提出，并应用在热力学中。熵用S表示，从微观上说，熵是组成系统的大量微观粒子无序度的量度，系统越无序、越混乱，熵就越大。热力学过程不可逆性的微观本质和统计意义就是系统从有序趋于无序，从概率较小的状态趋于概率较大的状态。熵的增加就意味着有效能量的减少。每当自然界发生任何事情，一定的能量就被转化成了不能再做功的无效能量。在孤立系统中，实际发生的过程总使整个系统的熵值增大，此即熵增原理。摩擦使一部分机械能不可逆地转变为热，使熵增加。热量dQ由高温（T1）物体传至低温（T2）物体，高温物体的熵减少dS1=dQ/T1，低温物体的熵增加dS2=dQ/T2，把两个物体合起来当成一个系统来看，熵的变化是dS=dS2+dS1>0，即熵是增加的。
二、“热寂说”理论的提出与宇宙热寂恐慌
克劳休斯通过热力学第二定律的研究提出了“热寂说”。他认为，无论宇宙的能量怎么转换（例如煤炭木材的燃烧）都是能量从混乱到稳定的过程。熵是永远递增的，也就是说，带有能量的物体的混乱状态一直在递减。换一句话说，要把能量转化为功，一个系统的不同部分之间就必须有能量集中程度的差异（即温差）。当能量从一个较高的集中程度转化到一个较低的集中程度（或由较高温度变为较低温度）时，它就做了功。更重要的是每一次能量从一个水平转化到另一个水平，都意味着下一次能再做功的能量就减少了。比如河水越过水坝流入湖泊。当河水下落时，它可被用来发电，驱动水轮，或做其他形式的功。然而水一旦落到坝底，就处于不能再做功的状态了。在水平面上没有任何势能的水是连最小的轮子也带不动的。这两种不同的能量状态分别被称为“有效的”或“自由的”能量，和“无效的”或“封闭的”能量。按照这个发展趋势，世界上所有的能量终究会陷入一个寂静的状态，一切都会变的有秩序。热量达到平衡以后，热虽存在，但热运动没有了，宇宙就死亡，处于热寂状态。当整个宇宙都陷入热寂的时候就是宇宙灭亡的时候。
这个理论的提出引起了当时人们巨大的恐慌和巨大的反响。虽说热寂可能离我们很远，然而其存在的可能性让人们很悲观。因为它是基于严谨的科学定律而预言的“世界末日”。这种世界末日的悲观思想造成了19世纪欧美所特有的悲观情绪，使很多人因此对社会进步感到悲观失望，以致不仅自然科学家关心，人文学者也同样关心。这样，热力学第二定律被视为堕落的渊薮。因为它断言，一切都不免从有序走向无序，从整齐走向混乱。甚至更有人延伸说，热力学第二定律表明人种将从坏变得更坏，最终都要灭绝。总之，在19世纪末，热力学第二定律和由它导出的热寂说，已成了社会声誉最坏的科学定律。
三、反对“热寂说”的主要说法综述
恩格斯对热寂说的批判。由于“热寂说”涉及到宇宙未来和人类命运等重大问题，因而也引起了哲学界，尤其是马克思主义哲学的深刻关注，一百多年来，恩格斯对“热寂说”的批判产生了深远的影响。 恩格斯认为，消失到宇宙中的热必然会以某种方式重新聚集。他在其《自然辩证法》导言中，又从能量守恒与转化的观点出发，对热寂说也作了精辟的分析和批判。恩格斯预言，即在一定条件下熵要增加，能量要发散，而在另外一些条件下熵要自发减少，能量要重新集中。其次，热寂说以及热力学第二定律研究的是小孤立系统，不能把有限的孤立系统推广到整个宇宙。当然，坚持热寂说意见的人认为，恩格斯的说法只是一种猜测，不能从物理学的角度说明热量重新聚集的机制。而且，科学的任务就是不断外推，不能把宇宙理解为孤立的系统。 玻尔兹曼（L.Bo—ltzmann）在1872年表示质疑。热力学在局部范围内是正确的，但它不是绝对的规律。他首先赋予熵的增加以统计解释，按照这样解释热平衡态总是伴随有涨落现象，后者是不遵守热力学第二定律的。在宇宙的某些局部可以偶然地出现巨大的涨落，在那里熵没有增加，因此宇宙也就不可能产生热寂，甚至还在减少，因此宇宙也就不可能产生热寂。玻尔兹曼这种“涨落说”有一定的吸引力，但尚缺乏事实根据。天文学观测表明，至今没有任何有说服力的证据说明现在的宇宙是处在热平衡态并存在着上下“涨落”。而且从逻辑上看，玻尔兹曼的“涨落说”实际上是把宇宙“热寂”已经放在他的前提中了，因而他首先承认“涨落”是在平衡态附近发生的。而对于任何“涨落”，不论它有多大，最后必然会消失，重新回到平衡状态。
麦克斯韦（J.Maxwell）在1871年以“麦克斯韦妖”给热力学第二定律提出了一难题。他设想：一个容器分为A和B两部分，中间有一小孔，有一个小精灵能打开孔道，使快分子从A跑到B，慢分子从B跑到A，这样就在不消耗能量的情况下，使B温度升高，A温度下降。这样一来，热量自动从低温部分传向高温部分，系统的熵降低了，热力学第二定律受到了挑战。人们称这个小精灵为“麦克斯韦妖”。直到一百多年后，匈牙利物理学家西拉德揭開了“麦克斯韦妖”之谜。1929年他指出：麦克斯韦妖有获得和储存分子运动信息的能力，它靠信息来干预系统，使它逆着自然界的自发方向进行。1951年布里渊更明确指出，妖精要识别分子，它必须有一个温度与环境不同的微型光源去照亮分子，这就要输入能量，按现代的观点，信息就是负熵，正是麦克斯韦妖将负熵输给了系统，才降低了系统的总熵。麦克斯韦妖正是以此为代价，才获得了所需要的信息（即负熵）的这额外的熵的产生，补偿了系统里熵的减少，从而引起熵的增加。他由此断言妖精是不存在的。
四，另一种反对“热寂说”的说法
地球对正负电子对的阻碍作用使得正负电子对的速度不断变慢，当速度小到某一限度，正负电子对会在地球内凝结成最简单的元素——氢。由于氢原子是一个一个地生成的，这一个一个的氢原子还没有来得及结合成氢气，因而它们必然是原子氢。原子氢的化学性质極为活泼，它在地球内部高温高压的条件下可发生一系列的热核反应。这些热核反应都是能释放巨大热能的。人们知道世界上氮和氧分别约占大气成份的78%和21%，其它各种气体只占大气成分的1%。和大气中其它气体相比，氮和氧是非常特殊的。1938年，美国核物理学家贝特发表了氢通过碳——氮——氧循环而聚变的论文。这篇论文给加州理工学院凯洛格实验室的核物理学家以极大的刺激，因为他们一直在从事这一课题的研究。年轻的福勒从1933年起就在这里研究碳——氮——氧循环中的第一个反应，进行碳核捕获一个氢核形成氮同位素核氮7的实验，还测量了碳核和氮核受质子轰击的作用截面。他们的实验研究定量地给出核反应中释放的能量，提供了检验碳——氮——氧循环可行性的实验依据。同时他们认为，只有在1500万开以上的高温条件下，碳——氮——氧循环核反应才能有效地进行。因此，只有在比太阳质量大很多的恒星上，这种核反应才成为提供能源的主要途径，实现由氢到氦的聚变。大的天体中不断有氢生成。因为在河外星系、银河系、太阳、木星和土星上，氢元素含量和氦元素含量总是约3比1。恒星里的氢长久不衰，所有恒星上主要的核反应都是氢聚合成氦。因为氢是不断地自动生成的，所以氢永远也耗之不尽，用之不竭。恒星也因不断吸收正负电子对而越来越大，大到一定的时候会形致密恒星。最后大量物质解体形成伽马线暴，也就是形成超新星爆发后会分裂成小的星体和正负电子对，这些小的星体又会不断吸收正负电子对逐渐增大形成为一颗新的恒星。因而恒星的整体永远不会熄灭。也就是说宇宙永远也不会热寂。
暗物质，比电子更小的物质目前还无法直接观察到，但人们并不怀疑它们的存在性。正负电子对不带电性，人们一时还看不见它。也称为暗物质。因此，在我们的宇宙中各向同性地分布着许多这种暗物质，它们是以很高的速度作直线运动。暗物质的存在终于在天文学上得到证实。人们根据光度定出的质量总比根据力学定出的质量要小得多。因此，一定存在着大量有力学效果而不发光的暗物质。例如，根据星系周围的物质转动曲线，发现宇宙大尺度范围内存在暗物质。计算表明，银河系的总质量至少比光学区的质量大10倍，即银河系的质量中至少有90%是属于暗物质。所有恒星上主要的核反应都是氢聚合成氦，所谓的氦聚变为碳、碳聚变为氧和镁、氧聚变为氖和硫、……。最后全部变成铁的核反应统统都不存在。因为至今还没有发现一颗恒星含有大量的碳、氧、镁、氖、硫、和铁的。氢在不断地生成着，氢永远也耗之不尽，用之不竭，同时恒星崩溃形成超新星爆发后会分裂成小的星体和正负电子对，这些小的星体又会不断吸收暗物质逐渐增大形成为一颗新的恒星。因而恒星的整体永远不会熄灭。也就是说宇宙永远也不会热寂。因此，不难理解宇宙中散逸的热变成正负电子对的自由能，这些自由能又在恒星中重新集中起来变成热，这一过程的不断重复，就是热的无限循环的动态平衡。
参考文献：
[1]尹世伟，郭庆伟等.从热机到热寂——熵的起源与发展[J].大学化学，2011（1）.
[2]沈骊天. 热寂与发展──跨世纪的论战[J]. 自然辩证法研究. 1994（11）
[3]邓昭镜，袁静平. “热寂论”、热力学第二定律的局限性和负温度系统[J]. 西南师范大学学报（自然科学版）. 2001（06）
[4]郝宁湘. 黑洞与热寂[J]. 内蒙古大学学报（人文社会科学版）. 1998（05）