再论热力学系统的不可逆性及其动力学本质问题

      在前期工作中，笔者对熵、热力学第二定律及不可逆性的本质进行了一系列分析，特别是提出了一个不可逆的最简动力学模型，在此基础上，本文进一步对极多组分的典型热力学系统的不可逆性进行了更加详尽的分析，使其更加明确，澄清了统计物理对不可逆性的概率性、相对性的解释与热力学中对不可逆过程的绝对的、断语式陈述间的矛盾。-- 中国城镇供热协会 沈卫国

      一、极多组分典型热力学系统不可逆性的证明问题
      1、极多组分典型热力学系统洛喜密脱式返回的不可能性证明
      笔者在前期著作［1］［2］及论文［3］［4］中，对此问题已有较为充分的讨论。但仍有进一步讨论的必要。文献［3］中提出用基于动、能量守恒律的系统“质心”来研究不可逆性，但仔细分析，仍然隐含着“分子混沌假设”。文献［4］提出了一个不可逆的“最简动力学模型”，以明确无误的直观方式，揭示出包括热力学不可逆性在内的最基本的不可逆性要素。在此最简模型的基础上，我们不难了解多组分复杂系统不可逆性的本质，但一个更为确定的直接论证仍是有意义的。
      我们首先分析洛喜密脱式返回的基本条件为（我们仅分析比较简单的全部组分等质量的情况）：
      1、组分原路返回的动力，不能来自系统外部，只能由系统内部—也就是由系统组分互相提供或容器器壁（如把器壁看成系统的一部分）提供；
      2、因此，只能是在某一确定时刻，全系统所有组分间的每一对碰撞，都是180°的对头两两等速率正碰，然后组分才能各自反向等速率运动（组分等质量时）；

      3、在该时刻，所有组分与容器器壁间的碰撞，也必须是与容器器壁在该点的法线方向呈180°（与器壁平面夹角90°）正碰，而且同时进行。同时，在此次碰撞前后，容器应保持静止，这样才能保证组分在与器壁碰后，速率不变，方向相反，沿原路径返回，于是，www.china-heating.com在该时刻同时作用在容器四周器壁上的力应各向、各点对称一致，达到平衡，即要求组分以相反方向与左右、上下器壁相碰的组分，无论数量、还是速率，都要一样，而运动方向应相反。如此，才能保证容器在碰撞前后保持绝对的静止，也才能进而保证组分可原路返回。

      很显然，上述返回条件是苛刻的难以想象的。其实根本不可能实现。以往认为，上述状态，应该存在，但出现的概率极小。但再小，必是一个固定的值。仔细分析，我们会发现，上述结论是在没有考虑碰撞精度对返回的要求的情况下作出的。实际上，均态、平衡态持续的时间越久，对碰撞精度的要求越严苛。比如，只十次连续碰撞就可返回的过程，精度1/10即可（也许保险些1/100等等），而碰撞100万次，就要求起码1/100万的精度，甚至考虑每次碰撞对误差的放大作用，这种精度要求可能成几何级数被放大，也就是，其实现概率随碰撞次数的增加（也即时间的增加）迅速地（也许以几何级数）趋向于0。更准确地说，是趋向于“高阶无穷小”，而不是一个固定的值。也就是说，以往认为状态持续时间越长，离返回越快了，尽管持续时间以宇宙年龄计，但由本文分析可知，实际上持续时间越长，越没返回希望。

      这一情况，为以往理论所未见。当然，上面指的系统的“返回”，为洛氏返回，即组分原路返回，是一种较为极端但典型的返回。与相轨循环的彭氏返回不是一回事，而上面的论述也说明，洛氏返回这一状态，不可能出现在返回概率虽小但为固定值的彭加勒定理适用的系统中。从另一角度看，系统组分间在任一时刻的所有碰撞中，起码存在、一般有很多、甚至全部是斜碰（非180°正碰）