无偏二极管与永动机

PROTON

无偏二极管不是“永动机”

　　去年12月6日，一位院士指出光明日报《无偏二极管有望开辟新的能源出路》一文中所提二极管，是违背能量守恒定律、在科学上不可能出现的“永动机”。另一位学者12月8日在某报上发文，也认为无偏二极管是违背热力学第二定律的第二类永动机。这种类比，在科学上不能成立。

无偏二极管的基本原理

　　攻读现代物理学出身的徐业林研究员，在经历数十年的科学探索中，制成的“无偏二极管”是一种非常巧妙的微电子器件。它将两块金属片，一块为很平的铬层，另一块为有着很多小坑的铬层，中间夹着半导体的硅层。它是利用环境温度，将半导体中导电电子无序的热运动，转化成有序的电流。无偏二极管与负载电阻构成一个回路，回路中有一开关，平时总是断开的，即与环境温度是相通的、相等的。如果将它关闭，无偏二极管的温度即行下降。可见，无偏二极管是通过环境温度对二极管本身温度下降的补偿，利用巧妙的微电子结构而不断运作的。

无偏二极管不涉及宏观的热力学定律

　　热力学第一定律，是指一切涉及热现象的宏观过程必须满足能量守恒和转换定律。但是，无偏二极管依靠外界输入的能量而作功，完全谈不上违背热力学第一定律的问题。

　　热力学第二定律，是指孤立系统中宏观过程的不可逆性。其核心的表述，是指孤立系统中热运动过程进行的方向只能是熵增加的方向而不是相反，即只能是从有序到无序而不能从无序到有序。因而想依靠不消耗能量、企图制造出违背热力学第二定律的永动机是不可能的。但是需要指出，热二律是在严格的限定条件下才可成立：一是指孤立系统，即必须是与外界没有能量质量交换的孤立系统，而不是开放系统。二是指宏观过程，即仅指宏观尺度的系统，而不是指宇观尺度或微观尺度的系统。三是指宏观过程有大量分子集合体的统计规律，不包括仅有少量分子的宏观过程。反之，如果是有外源输入（负熵流）的开放系统，或者是宇宙尺度，或者虽然是宏观尺度但只有少数几个分子的宏观体系，在这三类中的任一种情况下，热二律都不能成立。如果不讲条件，到处搬用热二律，必然会走向谬误。例如，物理学早已指出，最早表述热二律的克劳修斯将热二律推广于宇宙，就犯了“热寂说”的错误。自然界在本质上属于互相联系互相制约的开放系统。从迄今的科学进展来看，无论是天体演化、生命起源、人类起源，还是植物生长繁殖、动物和人本身的的生命延续等等，无一不都是依靠负熵流的输入，从无序到有序，从简单的有序到复杂、更复杂的有序。在自然界中，真正的孤立系统是极少的；可以说，自然界中的孤立系统最多只是在特定条件下的一种近似。

　　徐业林研究员发明的无偏二极管则是从环境温度吸取热量，将环境温度下降部分热运动的无序力转变有序的电流。它本质上属于开放系统，而不是孤立系统。它并不涉及热力学第一定律，更不涉及作为孤立系统的宏观过程的热力学第二定律。

无偏二极管是一项自主创新的重大发现

　　徐业林研究员发明的无偏二极管不仅有环境温度的外源，而且他通过无偏二极管此种特定的微电子器件的设计，为微观粒子的热运动造成一个不对称环境，使得半导体中导电电子的无序热运动转化成有序的电流。徐业林研究员依据他的实验，进而在理论上提出了：“在一个微观粒子不对称热运动效应可以忽略不计的孤立系统中，熵趋于增大；在一个微观粒子不对称热运动效应不可忽略不计的孤立系统中，熵趋于减少。”

　　这就是说，无偏二极管在理论上实现了重大的突破：（1）热二律否定的永动机，是指“热机中的工作物质经过一循环回到原来的状态，其内能不变”（克劳修斯表述）。而无偏二极管通过微观粒子热运动的不对称环境，开发了宏观热运动的内能，使得宏观热运动无序的内能，转变为有序的能量，为“麦克斯韦妖”找到了一种机制，实现了从无序到有序的突破。（2）热二律的开尔文表述：“不可能从单一热源取热，使之完全变为有用的功而不产生其他影响”。而无偏二极管通过它非常巧妙的特定设计的微电子环境，却从大气宏观环境温度中，开发了“单一热源”的能源。如果将这种“有源循环器”也要说成“永动机”的话，那么水力发电、风力发电、动植物生长繁殖，岂非全都成了“永动机”！

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