上流”的本質(zhì)原因不僅僅是因?yàn)楣艿来趾图?xì)，還有個(gè)原因就是水分與管道的接觸面積，準(zhǔn)確說(shuō)是單位質(zhì)量的水分與管道的接觸面積的比值大小。那么是不是任何物質(zhì)只要與水的接觸面積大就可能實(shí)現(xiàn)“水向上流”的功能呢？當(dāng)然不是。在自然界，有些物質(zhì)是親水的，有些則是疏水或者是憎水的，對(duì)于憎水和疏水物質(zhì)的存在，人們很容易想到利用某些特定的物質(zhì)比如親水的材料做成毛細(xì)管道來(lái)實(shí)現(xiàn)所謂的“毛細(xì)作用”，而疏水和憎水的物質(zhì)則不能實(shí)現(xiàn)“毛細(xì)作用”，因此可以用類(lèi)似親水物質(zhì)，比如用聚乙烯醇來(lái)制造纖維或毛細(xì)管道來(lái)實(shí)現(xiàn)“水向上流”的“功能”。
[0037]利用親水物質(zhì)作為毛細(xì)管道的材料實(shí)現(xiàn)“水向上流”的功能雖然新穎無(wú)比，但是可以認(rèn)為“容易想到”，所以，在我國(guó)的法律界，如果通過(guò)人工方法制造“水向上流”的器件可以認(rèn)為是種發(fā)明，也可以認(rèn)為容易想到而否定這種小發(fā)明的“創(chuàng)造性”，是不是真的具有“創(chuàng)造性”就要看審查員對(duì)這種發(fā)明創(chuàng)造所產(chǎn)生意義的理解，或者具有“創(chuàng)造性”或者不具備創(chuàng)造性，怎么判斷就要看審查員對(duì)這種設(shè)備的社會(huì)作用或者說(shuō)這種設(shè)備產(chǎn)生社會(huì)效果以及產(chǎn)生的意義進(jìn)行“傾向性”的判定。
[0038]那么，實(shí)現(xiàn)“水向上流”的功能對(duì)人類(lèi)究竟有哪些好處，或者說(shuō)“水向上流”究竟有什么現(xiàn)實(shí)意義呢？
首先來(lái)看這種現(xiàn)象I):在夏天比較炎熱的季節(jié)，我們走進(jìn)森林，瞬間有種涼爽的感覺(jué)，為什么呢？很多人會(huì)說(shuō)森林有調(diào)節(jié)氣候的作用，降低了大氣溫度。那么繼續(xù)追問(wèn)一句，森林為什么具有調(diào)節(jié)氣候的作用？森林調(diào)節(jié)氣候的機(jī)理是什么呢？
再來(lái)看另一種現(xiàn)象2):在春夏秋季節(jié)，我們用手摸一下植物的莖，比如秸桿、常青藤、絲瓜藤、吊瓜秧，會(huì)有一種冰涼或者嗖嗖嗖涼的刺手的感覺(jué)，敏感的老年人甚至經(jīng)受不住這種涼爽的刺激。這種現(xiàn)象說(shuō)明什么呢？
以上兩種自然現(xiàn)象說(shuō)明植物的根莖葉都是吸收熱量的。正是因?yàn)楦o葉吸收熱量，大批量的植物(或森林)才具有調(diào)節(jié)氣候的作用。
[0039]那么植物的根莖葉為什么會(huì)吸收熱量呢？要理解這個(gè)問(wèn)題，問(wèn)題好像復(fù)雜了很多，為此，我們先來(lái)談一下熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律。
[0040]能量守恒定律的基本意義是:能量既不能憑空產(chǎn)生也不能憑空消失，只能從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移動(dòng)到另一種狀態(tài)，從一種物體轉(zhuǎn)移到另一種物體。既然能量不能消失只能轉(zhuǎn)移，那么也可以說(shuō)，能量在自然界是無(wú)限循環(huán)的。“水向高處流”實(shí)現(xiàn)了水的勢(shì)能增加(水在高處積累或者蒸發(fā)都可以造成水的勢(shì)能增加)也必然是能量循環(huán)的結(jié)果，那么“水向高處流”增加的勢(shì)能是從哪里來(lái)的呢？或者說(shuō)“能量”究竟是哪里循環(huán)而來(lái)的呢？上邊已經(jīng)分析過(guò)了，植物從環(huán)境吸收熱量調(diào)節(jié)了氣候，植物從環(huán)境吸收熱量在調(diào)節(jié)氣候的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了水的勢(shì)能增加，勢(shì)能增加可以增加能量?jī)?chǔ)存，并且這種能量?jī)?chǔ)存是有益的能量?jī)?chǔ)存，這種導(dǎo)致水分勢(shì)能增加的能量循環(huán)看上去是一種非常有意義的循環(huán)。
[0041]具體分析開(kāi)來(lái):植物從環(huán)境吸收了熱量，這熱量是從哪里來(lái)呢？在熱力學(xué)上這部分熱量也叫內(nèi)能的一部分，熱量實(shí)際也是能量，熱量來(lái)源實(shí)際也是能量來(lái)源，熱量是能量的一個(gè)分類(lèi)項(xiàng)，因此下邊敘述經(jīng)常把熱量稱(chēng)為能量。熱量來(lái)源或者說(shuō)能量來(lái)源之一是太陽(yáng)輻射使植物葉片蒸發(fā)、植物葉片部分與枝干相比較較為干燥，因此通過(guò)水分由枝干向葉片的滲透作用實(shí)現(xiàn)“水向上流”，使水分子由土壤流向葉片，大量的水分子由于高度增加導(dǎo)致水的勢(shì)能增加，同時(shí)液態(tài)水分子蒸發(fā)克服水分子之間的作用力，距離增大，變成氣態(tài)水分子，液態(tài)水分子變成氣態(tài)水分子使水的勢(shì)能增加，因此可以說(shuō)水分子的勢(shì)能來(lái)源之一是太陽(yáng)輻射；熱量來(lái)源或者說(shuō)能量來(lái)源之二是植物根和莖內(nèi)的導(dǎo)管組織結(jié)構(gòu)分子與水分子相互作用，導(dǎo)致分子偏向性運(yùn)動(dòng)(向上，或向下，有方向性，與無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)相反)從而吸收空氣中氣體分子的輻射熱量或其他物體的輻射熱量以及吸收空氣中氣體分子的熱傳導(dǎo)熱量，這部分熱量導(dǎo)致植物莖部水分子的勢(shì)能增加。
[0042]熱量或能量循環(huán)本是自然的，是很正常的事情，但是在自然界中，能量的循環(huán)又是詭秘的，人們至今都不能完美無(wú)缺的定義什么是“能量”，在全世界各國(guó)百科全書(shū)中，人們對(duì)于能量或者對(duì)于能量的來(lái)源(能源)的定義是有差別的，人們對(duì)于能量定義以及能量循環(huán)的定義和認(rèn)識(shí)還不是很全面的，因此說(shuō)目前“能量循環(huán)”仍然存在某種詭秘性。正是由于能量循環(huán)存在某種詭秘性，人們至今都不能完全揭秘能量所蓄含的所有意義并被完美無(wú)缺的正確運(yùn)用，因而會(huì)產(chǎn)生“能源危機(jī)”這個(gè)名詞，也會(huì)產(chǎn)生地球氣候變化以及伴隨的各種自然災(zāi)害的頻繁發(fā)生，這究竟又是為什么呢？
這是因?yàn)?，在宇宙間能量是守恒的，也是循環(huán)的，但是自發(fā)的能量循環(huán)卻是單向的，即所謂熱力學(xué)所解釋的“熵增”方向。要理解能量循環(huán)的具體內(nèi)容就必須理解熱力學(xué)的基本原理，包括熱力學(xué)提出的“熵”的概念和“熵增”方向。什么叫做單向或者是“熵增”方向？要理解這個(gè)“熵增”方向還得要看熱力學(xué)第二和第三定律，因?yàn)槟芰渴睾愣蓻](méi)有表示熱傳遞的方向或者說(shuō)能量的變化方向，但是熱力學(xué)第二定律和第三定律則明確表示了這種傳遞方向或者叫做能量循環(huán)的方向。比如:熱力學(xué)第二定律明確指出熱量只能自發(fā)的由溫度較高的物體傳給溫度較低的物體，而不能自發(fā)的由溫度較低的物體傳遞給溫度較高的物體，除非外力給系統(tǒng)做功而改變這種傳遞方向。不做功則不可能改變這種傳遞方向。結(jié)合本文上邊說(shuō)的“水”的勢(shì)能增加，也就是說(shuō)不做功就不可能導(dǎo)致水的勢(shì)能增加。而本文說(shuō)的水向上流就是使水的勢(shì)能增加，這根本違背了熱力學(xué)中不做功而使勢(shì)能增加的狀況。這種現(xiàn)象難道真的與人們通常描述的熱力學(xué)第二定律矛盾嗎？要深刻理解這個(gè)問(wèn)題，必須要深刻理解這個(gè)歷史概念:熵。
[0043]什么是熵，怎樣理解“熵”，理解熵這個(gè)概念可以分為“定性”的理解和定量的“理解”兩種方式方法。
[0044]定性理解可以這么理解:有本書(shū)叫《博弈圣經(jīng)》，這本書(shū)中解釋說(shuō):“熵”就是混沌，就是無(wú)序，就是指物質(zhì)在微觀熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，一種混亂程度的標(biāo)志。在微觀世界里，“熵”是組成系統(tǒng)的大量微觀粒子無(wú)序度的量度，如果系統(tǒng)越無(wú)序、越混亂，熵值就越大。熵最初是根據(jù)熱力學(xué)第二定律引出的一個(gè)反映自發(fā)過(guò)程不可逆性的物質(zhì)狀態(tài)參量。熱力學(xué)第二定律是根據(jù)大量觀察結(jié)果總結(jié)出來(lái)的規(guī)律，有下述表述方式:①熱量總是從高溫物體傳到低溫物體，不可能作相反的傳遞而不引起其他的變化功可以全部轉(zhuǎn)化為熱，但任何熱機(jī)不能全部地、連續(xù)不斷地把所接受的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣?即無(wú)法制造第二類(lèi)永動(dòng)機(jī))；③在孤立系統(tǒng)中，實(shí)際發(fā)生的過(guò)程總使整個(gè)系統(tǒng)的熵值增大，此即熵增原理。
[0045]熱力學(xué)過(guò)程不可逆性的微觀本質(zhì)和統(tǒng)計(jì)意義就是系統(tǒng)從有序趨于無(wú)序。我們這個(gè)宇宙是熵增的宇宙。熱力學(xué)第二定律體現(xiàn)的就是這個(gè)特征。從歷史上看:“熵”是德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯在1850年創(chuàng)造的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，他用它來(lái)表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度。能量分布得越均勻，熵就越大。如果對(duì)于我們所考慮的那個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，能量完全均勻地分布，那么，這個(gè)系統(tǒng)的熵就達(dá)到最大值。在克勞修斯看來(lái)，在一個(gè)系統(tǒng)中，如果聽(tīng)任它自然發(fā)展，那么，能量差總是傾向于消除的。只有當(dāng)你所使用的那個(gè)特定系統(tǒng)中的能量密度參差不齊的時(shí)候，能量才能夠轉(zhuǎn)化為功，這時(shí)，能量?jī)A向于從密度較高的地方流向密度較低的地方，直到一切都達(dá)到均勻?yàn)橹?。正是依靠能量的這種流動(dòng)，你才能從能量得到功。綜上所述，物理學(xué)中“熵”實(shí)際上是指熱量與做功之間的關(guān)系的一種客觀量度，標(biāo)志熱量轉(zhuǎn)化為功的程度?；煦缍仍酱鬅o(wú)序程度越大則熱轉(zhuǎn)化成功的程度越小。
[0046]定量理解熵的方法就是:熵就是用熱量除溫度所得的商。通常用符號(hào)S表示。在經(jīng)典熱力學(xué)中，可用增量定義熵為dS = (dQ/T)，式中T為物質(zhì)的熱力學(xué)溫度；dQ為熵增過(guò)程中加入物質(zhì)的熱量。熱量dQ由高溫(Tl)物體傳至低溫(T2)物體，高溫物體的熵dSl=dQ/Tl，低溫物體的熵dS2=dQ/T2，把兩個(gè)物體合起來(lái)在一個(gè)系統(tǒng)里看，熵的變化是dS = dS2 - dSl > O,即熵是增加的。舉例說(shuō):以二氧化碳?xì)怏w為例:當(dāng)I克二氧化碳?xì)怏w的溫度為T(mén)l=1000°時(shí)，向周?chē)鷾囟圈?=300°的空氣排放熱量為700焦耳，則 dSl=dQ/Tl=700/1000=0.7， dS2=dQ/T2=700/300=2.333，熵的變化是 dS = dS2 一dSl=2.333-0.7=1.633 > 0，大于零即表示T2物體的熵值是增加的。就是說(shuō)，在自然界由于溫度總是由高溫物體傳遞給低溫物體，因而系統(tǒng)的熵在自發(fā)狀態(tài)時(shí)永遠(yuǎn)是增加的，這個(gè)只能自發(fā)增加不能自發(fā)減少的熱力學(xué)過(guò)程就是單方向的，這個(gè)方向就是熵增加的方向。
[0047]熵增加的方向使我們?nèi)祟?lèi)在消耗能源的過(guò)程中，產(chǎn)生的熱量不斷被排到外界自然環(huán)境中，比如在熱發(fā)電中幾乎大于60%的熱量變不成電能而不得不熱電聯(lián)產(chǎn)或直接排到外界自然環(huán)境中，再比如機(jī)動(dòng)車(chē)輛，內(nèi)燃機(jī)的做功效率僅僅大于40%，幾乎超過(guò)50%的熱量無(wú)端排放排放到大氣環(huán)境中，并且內(nèi)燃機(jī)做功的能量最終也變成熱量，巨大的熱量排放到大氣環(huán)境中增加了大氣的溫度?？墒牵腥苏f(shuō)，人類(lèi)消耗的能源產(chǎn)生的熱量相對(duì)太陽(yáng)給予地球的輻射熱能來(lái)說(shuō)是渺小的，不足以引起地球的熱量變化，這種說(shuō)法看似有一定的道理，但片面的道理最終總是被證明是錯(cuò)誤的。為什么這么說(shuō)呢？太陽(yáng)輻射的熱量是地球熱量的主要來(lái)源不假，但是人類(lèi)消耗能源釋放熱量的時(shí)候往往是在地球的局部而不是均勻遍布在地球的每一個(gè)角落，比如城市，人口高度密集，機(jī)動(dòng)車(chē)高度密集，生產(chǎn)高度密集導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備高度密集，一個(gè)人的功率就是60-100瓦，最大幾百瓦,一個(gè)汽車(chē)的功率是人功率的100-1000倍，生產(chǎn)設(shè)備、廠房都是高度耗能的，這樣在城市密集區(qū)域人類(lèi)消耗能源所釋放的熱量已經(jīng)達(dá)到太陽(yáng)向地面輻射熱量的30%，有的局部區(qū)域會(huì)超過(guò)太陽(yáng)輻射的熱量，而太陽(yáng)對(duì)地球的輻射總熱量幾乎年年如此，幾乎沒(méi)有減少多少，而人類(lèi)消耗能源的速度還在繼續(xù)增加，人們生活在巖石圈，本來(lái)氣溫是相對(duì)穩(wěn)定的，春夏秋冬，地質(zhì)巖層都適應(yīng)了這種自然變化，但是人類(lèi)消耗能源產(chǎn)生的熱量(熵增加的方向)產(chǎn)生了熱效應(yīng)，熱效應(yīng)不僅使得大氣層變暖，地殼溫度上升，冰蓋融化，大氣污染加劇，還由于地殼溫度上升，地殼某些硅酸鹽材料強(qiáng)度降低，即地球的地殼溫度上升一度則地殼地面材料的強(qiáng)度降低(任何材料都存在遇熱后強(qiáng)度降低的問(wèn)題，任何固體材料融化時(shí)強(qiáng)度幾乎等于零，而地殼溫度升高一度則證明約30米厚度地殼由固體變?yōu)橐后w)，地殼強(qiáng)度的降低在地球巖漿的沖擊下更容易引發(fā)地震。這也是近些年地震頻發(fā)的原因之一。因此。在自然界，在人類(lèi)居住的地球，熵增現(xiàn)象對(duì)能量的循環(huán)產(chǎn)生了巨大的負(fù)面效應(yīng)，如果“熵增”現(xiàn)象得不到改變，則人類(lèi)地球氣候的惡性循環(huán)變化加劇，自然災(zāi)害頻發(fā)，甚至?xí)袷非皫状伪o(jì)一樣造成生物種群毀滅也并非沒(méi)有可能。因此熵增現(xiàn)象從目前的環(huán)境狀態(tài)分析對(duì)地球環(huán)境的影響巨大，人們實(shí)際迫切需要“熵減”而不是“熵增”，“熵減”也就是人們常說(shuō)的“負(fù)熵”。在自然界，負(fù)熵也是存在的，比如植物作為生命存在就是一種有序現(xiàn)象，大批植物存在或“水向上流”現(xiàn)象是一種“負(fù)熵”，即“熵減”現(xiàn)象，為什么呢？因?yàn)橹参锊粩辔舭l(fā)和吸水合成體內(nèi)有機(jī)物的過(guò)程，就是不斷使物體的勢(shì)能增力口，包括I)水分的高度增加導(dǎo)致勢(shì)能增加。2)吸收周?chē)髿庵胁荒鼙蝗祟?lèi)利用的熱量。3)合成有機(jī)物吸收水分。4)合成有機(jī)物吸收太陽(yáng)輻射的能量或熱量。5)合成的有機(jī)物作為還原劑與作為氧化劑的空氣中的氧氣對(duì)應(yīng)，形成分子對(duì)應(yīng)勢(shì)能(比如氫氣和氧氣之間對(duì)立，可以認(rèn)為二者之間存在分子對(duì)立或者說(shuō)是對(duì)應(yīng)勢(shì)能)。植物這種功能稱(chēng)之為“負(fù)熵”，而“水向上流”僅僅改變了水分的儲(chǔ)存位置，是一個(gè)物理過(guò)程，這個(gè)物理過(guò)程的結(jié)果同樣熵減少，如吸水到高處的結(jié)果沒(méi)有使系統(tǒng)傳遞混亂而是更加有序化，勢(shì)能得到儲(chǔ)存而可以更好的利用。因此可以說(shuō)“水向上流”功能在能源循環(huán)過(guò)程中不可或缺，是利于地球生命存在或者說(shuō)是維持人類(lèi)生存的“正能量”。簡(jiǎn)單地說(shuō)，“水向上流”的現(xiàn)象能把水抽到高處，能使水的勢(shì)能增加，能量增加的同時(shí)，吸收了周?chē)牡推肺痘蛘呤怯捎凇办卦觥碑a(chǎn)生的熱量，降低了周?chē)h(huán)境的溫度，加強(qiáng)了能量在地球的儲(chǔ)存，避免了地