您正在安靜的環(huán)境中看這篇文章,，身體并沒有感到有什么異樣，而實際上,，周圍無數(shù)的空氣分子正在以每秒約500米的速度對您進(jìn)行全方位地轟炸,，這個速度比出膛的手槍子彈都要快。在任何一個物質(zhì)的內(nèi)部,，包括您的體內(nèi),，原子和分子也都在永不停歇地振動撞擊，這些微粒的速度越快,，其攜帶的能量就越大,，可以想象，在隨便一坨物質(zhì)中,，由微粒高速運動而產(chǎn)生的能量總和都是很大的,，若能將這種“物質(zhì)的內(nèi)能”開發(fā)出來做功,，人類就會徹底解決能源問題，煤,、石油,、天然氣等傳統(tǒng)能源所造成的環(huán)境污染將不復(fù)存在，溫室氣體之憂也會消失,，切爾諾貝利和福島的慘劇再也不會發(fā)生,，人類的生產(chǎn)生活會邁入一個嶄新的時代，這將是人類歷史上最偉大的發(fā)明,，沒有之一,。

但是，熱力學(xué)第二定律像一個緊箍咒,，限制著這類熱機(jī)的出現(xiàn),。關(guān)于熱力學(xué)第二定律，克勞修斯的說法是：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化,，這個說法揭示了熱量傳遞的不可逆性,；開爾文的說法是：不可能從單一熱源吸熱使之完全轉(zhuǎn)化為功而不引起其它變化，這個說法揭示了熱功交換的不可逆性,。舉例來說,，將一杯開水和一杯冰水倒在盆里，盆里水的溫度會中和,，而且這個過程不可逆,，即一盆水不會自動地分離成一半開水和一半冰水。溫度中和過程是系統(tǒng)從有序向無序轉(zhuǎn)化的過程,，“熵”作為系統(tǒng)混亂度的表征,，中和過程就是熵增過程。這種“熵只能增加而不能減少”的原理有個重要的前提條件,，即系統(tǒng)必須是孤立的,，若系統(tǒng)不是孤立的，而是伴隨著能量的輸入,，那熵減就有可能發(fā)生了,。

科學(xué)研究沒有禁區(qū)，總是有人在尋找著熱力學(xué)第二定律的反例,，其中最著名的就是1871年物理學(xué)家麥克斯韋設(shè)計的一個頭腦實驗—麥克斯韋妖,。他假設(shè)了一個密閉的容器，由一個沒有摩擦力的隔板分成AB兩部分,，隔板上有個由妖魔控制的閥門,。起初兩側(cè)溫度相同，當(dāng)高速分子由A向B運動或慢速分子由B向A運動時,，妖魔就打開閥門令其通過,，反之，當(dāng)高速分子由B向A運動或慢速分子由A向B運動時,，妖魔就關(guān)閉閥門,。久而久之，高速分子都跑到了B區(qū),，慢速分子都跑到了A區(qū),，于是這個封閉系統(tǒng)的有序性大大增加，而熵就大大減少了,。這只想象中的妖魔打破了“封閉系統(tǒng)的熵只能增加”的熱力學(xué)第二定律,，若它真的存在，那我們就可以利用溫差對外做功了,，科學(xué)界將這類違背熱力學(xué)第二定律的熱機(jī)稱為“第二類永動機(jī)”,。

這只想象中的妖魔曾令物理學(xué)家們傷透了腦筋，長期以來爭論不休,，直到上世紀(jì)50年代,，法國物理學(xué)家布里淵用信息論驅(qū)逐了這只妖魔，捍衛(wèi)了熱力學(xué)第二定律的正確性,。布里淵在其專著《科學(xué)與信息論》及一系列論文中,，從信息論的角度分析了妖魔的分辨本領(lǐng)及控制能力的來源。由于容器是密閉的孤立系統(tǒng),，妖魔處于絕對黑體中,，它是不可能看清任何東西的，當(dāng)然也就無法分辨分子運動的速度和方向,，系統(tǒng)只能繼續(xù)處于原來的平衡態(tài)中,。除非外面提供光亮，它才有可能看清楚并正確控制閥門,，從而增加系統(tǒng)的有序性并使熵減少,，但這種有能量輸入的系統(tǒng)就不再是孤立系統(tǒng)了，當(dāng)然就不再適用于熱力學(xué)第二定律了,。

布里淵還進(jìn)一步分析了信息論中的熵與熱力學(xué)中的熵的定量關(guān)系,，得出了公式1bit=kln2(J/K)，其物理意義是：要獲取1bit的信息,，其熵必定減少kln2=0.957×10^-23(J/K),，其中k=1.38×10^-23(J/K)。例如T為300K時,，則要消耗2.87×10^-21（J）的能量,。信息的獲取必須借助于一定的物質(zhì)過程，而且伴隨著一定能量的消耗，不耗損能量而獲得信息是不可能的,，所以說孤立系統(tǒng)中的妖魔是不可能存在的,。

2007年2月的《自然》報道了一種人造的分子機(jī)器，它可以使系統(tǒng)逐漸遠(yuǎn)離平衡態(tài),，研究者們將其中關(guān)鍵的控制機(jī)構(gòu)稱為“信息擒縱閥”,，該閥門使用外部提供的光作為能量源，用來控制分子由低密度向高密度的穿梭過程,。在自然界中,，幾乎所有的重要生理過程都是通過分子機(jī)器來驅(qū)使化學(xué)系統(tǒng)偏離平衡的，研究者的目的就是靠人工系統(tǒng)在分子尺度上也完成類似的任務(wù),，這可能導(dǎo)致具有生物體類似功能的分子器械的出現(xiàn),，例如將某些離子從低濃度的區(qū)域移動到高濃度的區(qū)域，這在醫(yī)學(xué)上具有重要的應(yīng)用前景,。這個實驗系統(tǒng)是開放的,，它消耗了外部提供的光能，從而產(chǎn)生了熵減過程,，這個實驗驗證了布里淵的理論,，即熵減過程必須伴隨著能量的消耗。

科技日報2010年11月16日頭版有篇名為《科學(xué)家首次將信息轉(zhuǎn)化為能量》的文章,，文中介紹了日本的一項研究,，研究人員在實驗室中讓一個納米小球沿電場制造的“階梯”向上爬動，爬上一層后利用電場能量在那層階梯上加一堵墻,，使之落不下來,，該小球就會越爬越高，從而勢能也越來越大,。與上一個人造分子機(jī)器類似,，這同樣也是一個熵減過程實驗，其主要貢獻(xiàn)是納米尺度上的精密控制新技術(shù),。

編輯如實地反映了這個研究,，但“驗證了約150年前英國物理學(xué)家詹姆斯•克拉克•麥克斯韋提出的“麥克斯韋妖”這一設(shè)想”這個說法卻是個誤解，而且文章末尾由這個實驗聯(lián)想到了對能量守衡和轉(zhuǎn)化定律的挑戰(zhàn),，這顯然也是誤讀,。“孤立系統(tǒng)”是熱力學(xué)第二定律的熵增原理必不可少的條件，而這兩項研究借助的系統(tǒng)都不是孤立系統(tǒng),，而是與外界有能量交換的開放系統(tǒng),，不同之外在于前者使用的是光能，而后者使用的是電能,。研究結(jié)論不僅不是對熱力學(xué)第二定律的挑戰(zhàn),，恰恰相反,，它們是對該定律的驗證，若把他們實驗室的電閘拉了,，什么也不會發(fā)生,。

國內(nèi)某研究員的一項研究倒是可以拉掉電閘的，他研究的是真正的第二類永動機(jī),，并將之稱為“無偏二極管”,。其2000年發(fā)表的研究顯示，做法是在兩塊金屬板中間夾一層半導(dǎo)體薄膜,，其中一塊金屬板有許多直徑很小的井，論文稱電子的自由運動通過薄膜后被井壁收集,，并慢慢形成電壓差,，從而可以做功。因為這項研究違背了熱力學(xué)第二定律,，在學(xué)術(shù)界引起了很大的爭議,，作者在回應(yīng)質(zhì)疑時稱其對熱力學(xué)第二定律進(jìn)行了完善和重新解釋，而且已經(jīng)進(jìn)行了多次實驗,，并證實了確有極微弱電流的存在,。但是，其論文并未顯示采用了電磁屏蔽手段,，不能排除所測得的極微弱電流是外界電磁輻射導(dǎo)致的可能性,，而且也沒有他人重復(fù)并證實該實驗的研究報告，這個研究成果并沒有被學(xué)術(shù)界所接受,。

科學(xué)不僅將很多可能性變成了現(xiàn)實,，而且還否定了很多可能性，違背熱力學(xué)第二定律的第二類永動機(jī)就不可能實現(xiàn),，這早已經(jīng)是科學(xué)界的共識,，包括美國在內(nèi)的許多國家早已不受理此類發(fā)明的專利申請。國外的那兩項研究也跟試圖推翻熱力學(xué)第二定律毫無關(guān)系,，它們不過是在極微小尺度上精密控制技術(shù)的成功探索,，只是實驗結(jié)構(gòu)與“麥克斯韋妖”這個頭腦實驗有些形似，于是被拿來說事了,，而這只小妖早已經(jīng)被驅(qū)逐60年了,。

參考文獻(xiàn)：
1、傅祖蕓,，《信息論--基礎(chǔ)理論與應(yīng)用》（第2版）,，電子工業(yè)出版社，2007年12月
2,、《NATURE》2007年2月1日http:///articles/news/11/1/26/1
3,、“科學(xué)家首次將信息轉(zhuǎn)化為能量”,，科技日報，2010年11月16日
http://digitalpaper.:81/kjrb/html/2010-11/16/content_81918.htm?div=-1
4,、徐業(yè)林,，“無偏二極管的實驗與分析”，導(dǎo)彈與航天運載技術(shù),，2000年第3期
5,、徐業(yè)林，“無偏二極管與熱力學(xué)第二定律”,，光明日報,，2004年12月30日
6、“熵中妖精挑戰(zhàn)絕對零度”,，環(huán)球科學(xué),，2011年第5期