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沈惠川：钱伟长先生与傅信镛的设想

沈惠川：钱伟长先生与傅信镛的设想

                 关于“英才慧眼试锋芒”一文

      我的“英才慧眼试锋芒”一文与钱临照先生（1906－1999）有点关系。有一天我在钱临照先生处看到《科苑》这本杂志；钱先生告诉我，当时在科大工作的司有和先生（一个部队转业干部）是该杂志的编辑之一，如果要写什么文章的话可以去找他。我的夫人正好认识司先生，因而没费什么工夫就与司有和联系上了。我想写了一篇有关“钱伟长先生与傅信镛的设想”的文章供他发表；但司有和说此杂志已经很难办下去了，最近正好要出末了一期，叫我有文章的话请尽快给他。
      文章的题目“英才慧眼试锋芒”是司有和定的，文章的篇幅也被他删节成现在这样（大概仅存原稿的四分之一或更少）。他除了删节外，还对文章的语句进行了“编辑”。因此在文章发表后我并不高兴，因为与我的本意有大的差别。
      《科苑》在1984年11月发了第6期以后就寿终正寝了；我的这篇“英才慧眼试锋芒”文章实际上没有发挥任何作用。
      司有和后来离开了科大。

                 关于傅信镛先生及其设想

      有几年寒暑假回上海期间，我都买了“公交公司”的“月票”，以便貌似纨绔子弟地到处闲逛。上海十个区，每个区的“首府”都是我的必去之地。1983年暑假在长宁区中山公园旁边的新华书店里买到了一本由周文斌、宫苏艺两位所著的书《钱伟长》（四川少年儿童出版社，1983）。钱先生是我在清华大学求学时的老师，住在清华园照澜院16号；当时我正在向他主持的《应用数学和力学》杂志（一本现在很出名的学术期刊，比《力学学报》更有影响）上投稿。在《钱伟长》该书第124页的“您像一头雄狮”那一节中，我了解到了傅信镛先生去找过钱伟长先生请求帮助的事。
      我很快就像一个侦探似地在徐家汇漕溪北路沈家宅（现在已经拆除）找到了傅信镛（在一个有一千多万人的城市里找个把人是一件很困难的事）。傅信镛向我介绍了他的设想以及去北京的经过，并向我展示了他的实验设备和他与合作者所制作的电子管（只有两个可用）。
      他当时已经到了上海交通大学应用物理系。应用物理系主任方俊鑫教授为他争取的一笔经费是人民币1000元，这在当时也算是少的。
      在这之前，傅信镛给《百科知识》投稿，《百科知识》编辑部将他的文章转给钱先生评审；钱先生在回信中说：“傅信镛同志的文章提出一种设想，在理论上看这种设想是完全允许的。它比麦克斯韦设想更具有现实意义，但终究还只是科学上允许的设想。至于这种设想是不是能够成为现实，往往是个技术问题。……以我的知识而言，还看不出这个设想有什么致命的毛病。我认为麦克斯韦在1871年能放出一个妖怪来，我们完全应该允许傅信镛同志提出一个设想，绝不应该因为它今天还没能成为现实而封闭这种思想的公之于众。我同意你们考虑在《百科知识》月刊上发表这篇论文。”
      傅信镛的设想其实很简单：他们所制作的电子管的阴极在通电后释放大量无规运动的电子气，然后他在外面加上磁场使这些电子的运动有序化；最后将有序运动的电子引出来以供使用。
      傅信镛的这个实验做成功了。这就是他发电报给钱伟长先生说“蒙老师慷慨相助，麦克斯韦设想实验今天10点30分初试成功”的原委。
      《上海交通大学学报》1979年6月的“增刊”刊登了傅信镛的论文“实现麦克斯韦设想的探讨”，此文是对其实验的一个总结性说明。（《钱伟长》一书的作者说，此文的发表有赖于“钱教授的督促和支持”。）美国《Energy Convers. Mgmt.》后来在1982年第22卷上刊登了此文的英文版。
      但是，对傅信镛设想和实验的异议也相当多。王竹溪1979年5月19日的审稿意见中说：“作者设想两个电极A和B有电位差，A极上蒸发出的电子数大于凝结的数，B极上蒸发的少于凝结的数。但是由于在两个电极上的电子气体的平衡，所以A与B两个电极的差别是不可能产生的。文中所设想的实验装置是很容易作出的，从来也没有人发现这种两个极有电位差的现象。根据上面说的电子气体平衡的考虑，这种现象是根本不会发生的。”
      还有一种异议是对傅信镛实验本身的。有人认为电子管灯丝加热需要能量，而如果实验中引出来的电流的能量少于灯丝加热所需要的能量，则这个实验所产生的结果（可利用的能量）是毫无意义的。为此，傅信镛争辩说，灯丝系统与控序系统是两个完全不同的系统；控序系统产生电流的现象确实违背了“热力学第二定律”的“开尔文（Lord Kelvin of Largs，即Wiliam Thomson，1824－1907）说法”（“不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其它的变化”）。
      钱伟长先生和王竹溪先生对同一件事的不同看法值得玩味。
      傅信镛为此彷徨过，后来又自费去美国访问过。在上海交通大学他讲授汪志诚的“热力学和统计物理学”。在此期间，他在上海找过我两次。有一次他约我在普希金铜像（文瑞脑消金兽革后重建的普希金铜像将他的脸由朝东改为朝南不知有何寓意）附近（那里旁边就是教育会堂，原来是上海市少年科技站旧址，也就是林立果与空四军王維国等人讨论“五七一工程纪要”的地方）的一家饭店聚餐，两人微醺了几杯。
      2007年夏秋，傅信镛自费来访中国科学技术大学，受到了汪秉宏教授的热情接待。他这次带来的（重重的几大包）实验装置的基本原理与原来的相仿，只是电子管中的电子气体可以在室温下蒸发；同时外部的磁场改成了永久磁铁。傅信镛在科大近代物理系的会议厅做了一场学术报告。汪秉宏主持了会议。我和一个学生（兼“热力学和统计物理学”课的助教）宋年卉参加了这次报告会。参加报告会的还有谢彦波和30多位学生。在另一间房间里，傅信镛摆开了他的实验。他的实验受室温影响很大，输出的电流极小，但是有稳定的电流输出这一点在众目睽睽下却是肯定无疑的。
      在会议结束后的聚餐会（汪秉宏作东，还有张鹏飞等人作陪）上，我和汪秉宏都建议他将输出的电流转为实用，哪怕是用于小型电子计算器或电子手表都行，哪怕是在显示屏上只打出一个亮点也行，否则还是无法完全说服别人。
      他临离开合肥前，我送他几本书，其中包括我的《热物理习题精解（下）》。

                  关于热力学第二定律

      热力学第二定律当然完全正确的，不容任何怀疑。但是正如量子力学有许多种诠释一样，对热力学第二定律的解释，却未必是那么清楚的。
      就拿傅信镛的实验来说，如果将周围环境包括在考虑的范围之内，则无论如何不会违背热力学第二定律。室温使电子管中的电子蒸发，但室温最终必然会降低（而且“永久磁铁”的磁性也会逐渐减退），这就完全符合热力学第二定律；只是周围的环境太大太广，使得室温貌似没有降低而已。实际上，房间里的参观者越多，实验产生的电流就越大，这已经说明了问题。因此从整体来说，他的实验与热力学第二定律并无原则性的矛盾。
      然而从“室温貌似没有降低”来看，好像出现了违背“热力学第二定律”的“开尔文说法”的现象。傅信镛认为周围的环境是个“大热库”，它的变化可以忽略不计，不在他研究的范围之内。
      这就产生了一个怎么解释的问题。
      当然，能从室温中源源不断地取得能源，并且室温没有明显的降低，那也是不错的。管他什么“开尔文说法”！
      有一款用太阳能的小型计算器，在有阳光处就能显示。傅信镛的实验其实与这款用太阳能的小型计算器的原理差不多。如果太阳能的损失可以忽略不计，那么室温的降低也可以忽略不计。
      不过从傅信镛实验的成功可以得到结论：王竹溪先生1979年5月19日审稿意见中的说法不一定对，起码是太理想化了，也许是针对傅信镛早期的实验而言的；而钱伟长先生的“允许一试”的说法比较务实，没有拘泥于未经仔细推敲的“理论”。尽管从热力学第二定律純理论角度来看问题，王竹溪先生并没有错。
      若是傅信镛实验中输出的电流能够转为实用，则可以暂先不必管什么“热力学第二定律”，实惠以后再说。如何解释，那是以后的事，是“理论家”的事。

                 关于“伪科学”永动机

      众所周知，永动机是“伪科学”。但是对什么是“伪科学”，被批评者固然不清楚，有些批评者自己也不是很清楚。在傅信镛事件中看得很明白：傅信镛本人对是否违反“热力学第二定律”，强调的是“开尔文说法不对”，但对热力学中“开尔文说法”与“克劳胥斯说法”之间的等价性没有展开理论上的分析，因而无法说服别人。与此同时，他对实验结果的说明也有颇多可争议之处。有些概念上理解，他没有与别人达成共识。
      而那些批评他的人，只是从概念到概念，从理论到理论，完全不顾傅信镛本人已经做成实验的事实。如果傅信镛的设想和实验确实违反了“热力学第二定律”，就要仔细分析给他看；如果他对实验结果的解释不对，就要为他找出正确的解释。
      切忌感情用事，上纲上线，互相攻击。
      社会上就是有人喜欢上纲上线，互相攻击，听不进别人的意见，自以为是（有些人还经常耍无赖），因而被人讥为“民科”。
      在“永动机”问题上是如此，在相对论问题上更是如此。许多理解上出现的问题，实际上都是概念不清或智障造成的。许多言语上的冲突，都是自以为是“老子天下第一”、不愿反思自己可能有错造成的。

      以下署名“沈惠川”的文章是经过司有和“编辑”过的；已与我的原文原意相差太多。不过仍有纪念意义，因而找出来放在下面。


沈惠川：英才慧眼试锋芒

英才慧眼试锋芒

          （载《科苑》1984年11月第6期第10－11页）

      “麦克斯韦妖”，乍听起来，好像是个三头六臂，青面獠牙的家伙，其实，它只不过是热力学中的一个名词。
      1850年，德国物理学家克劳胥斯（Rudolf Emanuel Clausius，1822－1888）提出著名的热力学第二定律时曾断言，一切物理过程只能导致能量的减退，产生废能，犹如生物吸取氧气，呼出二氧化碳，而任何将废能转化为可用能的企图都是徒劳的。克劳胥斯的这条第二定律由于指出了什么是可能的，什么是不可能的，因而使物理、化学、生物学过程都带上了方向性。21年后，英国苏格兰物理学家麦克斯韦（James Clark Maxwell，1831－1879）在他的著作《热的理论》中，对克劳胥斯的断言提出了异议，这就是著名的“麦克斯韦设想”。这个设想是，将一个容器分隔成A、B两个部分，在分界壁上有个小洞，由一“小妖”守门。司门“小妖”有特瑞脑消金兽异功莫道不消魂能，可以洞察容器中每个分子的运动。它允许运动速度较快的分子通过小洞，从A跑进B部分，运动较慢的分子从B部分跑进A部分。这样，在不消耗功的情况下提高了B部分的温度，降低了A部分的温度，造成温度差，使废能更新为能源。一个多世纪以来，物理学界把这个守门的“小妖”戏称为“麦克斯韦妖”。
      到底有没有“麦克斯韦妖”？如果有，又怎样逮住它，使之为人类服务？这些问题吸引了许多物理学者，使他们绞尽脑汁。上海徐汇中学的中年教师傅信镛也为此着了迷。

                     在列车上

      1979年冬，从上海开往北京的一列火车应着寒风奔驶着。车厢里拥挤不堪，傅信镛坐在一个角落里埋头看书，那是我国著名物理学家王竹溪（1911－1983）早年的著作《统计物理学导论》。他这次上北京，第一个要找的就是王竹溪。列车里读书是很容易疲倦的，傅信镛把书放在面前的台子上，闭目养神，思想开始跑马了。
      他于1965年毕业于上海师范学院。大学二年级的时候，他就对“麦克斯韦妖”产生了浓厚的兴趣。此后，便开始了对它的研究。
      科学是离不开实验的，他要用实验来说明问题。他精心设计一个个实验方案和程序。为了进行实验，他必须忍受流言的中伤和别人难看脸色的屈辱。1973年，他找到了一个较为理想的实验方案。他要进行实验，于是四方求助，磨脚板，磨嘴皮。五年过去了，他依然两手空空。
      没有别的办法，只有到北京找老科学家，请求他们帮助。临行之前，家人和朋友都极力劝阻，说到北京一无所获是会惹人笑话的。笑话不笑话，他倒无所谓，问题是会不会有所获，他心里不安了。

                     英才遇慧眼

      傅信镛到北京已经几天了。这天，他来到清华园，找著名物理学家钱伟长（1912－）。一路上，他思索着如何向钱先生开口。在这之前，他已拜访过王竹溪先生。王先生花了半天时间，仔细听取了他的设想和实验方案，最后说：“你想把废能变成有用能，这个想法很好。”
      有些人不相信王先生会说这样的话，有个人甚至打电话给王先生核实。
      傅信镛见了钱先生，还没有说完兩句话，钱先生止住了他：“你先不要说，我要先看看你的论文。”
      钱先生看完论文，敲着桌子说：“好文章，这样的文章才叫好文章！”然后又听了他的实验细节的介绍。最后鼓励他说：“如果能够捉住‘麦克斯韦妖’，那将是对物理学的有个了不起的贡献。你的想法很新颖，也很巧妙，值得一试。”
      32天后，钱先生收到了《百科知识》寄来的傅信镛的一篇论文和编辑部请求审稿的信。钱先生在复信中肯定了傅信镛的设想，认为“它比麦克斯韦设想更具有现实意义”，同意发表这篇论文。

                    初试锋芒

      钱伟长先生给《百科知识》的复信一下子在上海传开了。
傅信镛被调入交通大学。应用物理系主任方俊鑫教授（1920－1988）为他争取了一笔经费。他和上海电子管厂的4位同志协作，开始了捕捉“麦克斯韦妖”的战斗，不久，他们便制成了两只实验用电子管。
      实验获得初步成功后，傅信镛怀着激动的心情立即电告钱伟长先生。
      一周后，钱先生来到上海，了解傅信镛实验的详细情况后，要他们把论文和实验报告发表出去，让大家评定。
在钱先生的督促和支持下，《上海交通大学学报》在增刊上发表了他们的两篇论文。恰巧，此时正是麦克斯韦逝世一百周年。
      1982年，美国《ECM》（能量利用和转换）杂志第1期从第一页开始，全文刊登了傅信镛论文的英译稿。
      傅信镛在他的事业上已经取得了可喜的成就，他没有满足，又在新的领域进行探索了！