无偏二极管有望开辟新的能源出路

徐业林谈他的无偏二极管

编者按：12月23日，本刊发表了本报记者周文斌、刘路沙对批评“无偏二极管”报道的答复《用实践检验理论》。本期我们刊出“无偏二极管”发明人徐业林的短文。

　　针对“无偏二极管”的报道，大家在网上发表的议论我看过了，感谢大家对我的关心，并在这里给我创

造一个发言的机会。对于大家关心的问题我作如下答复：

　　一、判定一件事物的真伪，必须有铁证。那么，判定无偏二极管真伪的铁证是什么呢？这就是：①当面制作样品并测量。②负温效应实验。

　　对于①不用解释。这里我们只解释②。实验是这样进行的，用一个灵敏的温度计测量一个正在发电的无偏二极管的温度，测量结果表明该二极管的温度自行地降至室温以下。这一测量结果与《导弹与航天运载技术》2000年第三期文中的分析完全一致。

　　二、热力学第二定律是一个经验定律，没有进行过严格的科学证明。定律产生的当时既没有量子力学，也没有微电子学。随着现代科学技术的飞速发展，很多以前认为是不可能的幻想,却奇迹般地变成了现实。上述铁证，就是其中一例。在它面前，我们只有一条出路，就是让理论跟着实验走，补充完善老的热二律，而不能相反，更不能削足适履。如果大家一直墨守着亚理士多德时代的物理常识，那么何言社会进步，何言人类文明。完善热二律的具体办法请见《导》文，该文建议将热二律补充成如下形式：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（A）。这种陈述方法，应该说与教科书无任何矛盾，容易被大家接受。然而,当时在我心中还有几句话，由于怕引起过大的争议，没敢说。但是在今天，有了四国发明专利，有多位学者重复出来我的实验，还有众多专家看过我的实验，他们对《导》文实验不持否定态度。因此，在这里我敢说心里话了：将（A）反过来说,就是，在一个微观粒子不对称热运动效应不可以忽略不计的孤立系统中，熵趋于减少（B）。将（A）和（B）合到一起,这就是补充后的定律，称为完整的热力学第二定律。老定律的其他说法,全部作为新定律的应用实例,这样定律就变得很简练。无偏二极管可用（B）解释。在完整的热力学第二定律中，撤消了“第二类永动机”的说法。具体分析请详见《导》文。

　　三、实践是检验真理的唯一标准。我欢迎国内外各大学师生重复我《导》文中的实验。有意者请与我联系，以便给您寄去相关的技术资料。在实验中如还有技术困难，我将继续协助你们。必要时我也可以去现场讲解论文，传授样品制作和负温效应实验的技艺，并解答问题。实验所用的仪器是一台普通的电阻真空镀膜机，型号不限，实验方法简单，所需费用很少。

　　四、最后我要特别说明的是，任何一项新技术的发展都要分两步走：第一步是肯定现象，即解决“有和无”的问题；第二步是应用，要解决的问题是“好”的问题。《导》文只解决了前一步的问题。关于第二步问题，现在不讨论。

　　（作者简介：徐业林，1962年毕业于兰州大学现代物理系，1994年晋升为中国科学院生物物理所研究员。曾获国家发明奖(四等)、中科院“六五”攻关奖。1998年被评为中科院生物物理所建所40年有突出贡献的科研人员。他所研制的无偏二极管获美国、英国、俄罗斯、中国发明专利。）

无偏二极管不是“永动机”

——与有关论者商榷

　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”！

　　任振球（中国气象科学研究院研究员）　陈其翔（北京联合大学教授）　孙文鹏（核工业北京地质研究院研究员）　李世辉（总参工程兵第四设计研究院高级工程师）