然后,一只手举了起来。
孙维民。
沈梦溪的心微微一紧,但脸上没有任何变化。"孙维民,你说。"
孙维民站起来,推了推眼镜。他的表情很平静,甚至带着一丝客气,但那客气底下有一种不易察觉的锋利——像一把藏在刀鞘里的匕首,不拔出来看不见刃。
"沈老师,我想问一个关于负温度的问题。"
沈梦溪的眉头动了一下。负温度——这个概念在本科的物理化学课程里不会涉及,属于统计物理的范畴。孙维民提这个问题,明显超出了课程范围。
"你说。"
"热力学第二定律说孤立系统的熵只会增加。但如果一个系统的温度是负的——也就是负温态——那它的熵应该是随能量增加而减小的。这种情况下,熵增原理还成立吗?"
教室里安静了。
那种安静不是寻常的安静——是有重量的安静。四十二双眼睛齐刷刷地盯着沈梦溪,目光里有好奇,有期待,也有那么一丝不易察觉的幸灾乐祸。那种幸灾乐祸不是恶意的,是人之常情——看别人被难住,总比自己被难住好受。
沈梦溪站在讲台上,脑子里飞速运转。
负温度。负温态。
这个概念她知道——在统计物理中,温度的定义是1T=?S?U,即温度的倒数等于熵对内能的偏导数。对于大多数系统,熵随内能增加而增加,所以T为正。但对于某些特殊系统——比如核自旋系统——在特定条件下,高能态的粒子数可以多于低能态的粒子数,形成"粒子数反转",此时熵随内能增加而减小,1T为负,即T为负。
这就是负温度。
但负温度不是"比绝对零度更冷"——恰恰相反,负温度比任何正温度都"热"。在负温态下,热量会从负温物体流向正温物体。如果把一个负温系统和一个正温系统接触,最终达到的平衡温度不是两者之间,而是正无穷——也就是说,热量会从负温物体"自发的"流向正温物体,这恰恰符合热力学第二定律。
但孙维民问的是——熵增原理在负温态下还成立吗?
这个问题不好回答。
不好回答不是因为答案不知道——答案她大致是知道的:熵增原理在负温态下依然成立,只是需要对"孤立系统"的定义做更精确的限定。但具体怎么限定?涉及哪些边界条件?数学上怎么证明?她一时说不完整。那些知识像隔着一层磨砂玻璃——看得见轮廓,摸不着细节。
教室里的四十二双眼睛都盯着她。
沈梦溪沉默了五秒钟。
五秒钟在讲台上是一种漫长的煎熬——长到她能听见自己的心跳,长到她能看见前排几个学生交换了一个微妙的眼神,长到她能感觉到孙维民的嘴角微微上扬了一个几乎不可察觉的弧度。
那个弧度刺痛了她。
"这个问题很好。"沈梦溪的声音平稳,没有一丝慌乱——她的声音训练有素,不会在学生面前露怯,"但超出了我们课程的范围。负温度属于统计物理的专题内容,我们今天不展开。有兴趣的同学可以在课后阅读罗森伯格的《热力学基础》第十二章,里面有详细的讨论。下课后如果还有疑问,欢迎来办公室找我。"
这是一个体面的回应——承认问题有深度,但不现场回答,把战场转移到课后。
孙维民坐下了。
他坐下的时候,沈梦溪注意到他的嘴唇动了动,像是在无声地说一个词。她看不清那个词是什么,但她猜到了——大概是"果然"。
果然。
果然答不上来。
那两个字像两根细针,扎进了沈梦溪的后背。不疼,但凉。
三
下课后,沈梦溪没有去办公室,直接回了教工宿舍。
她关上门,坐在桌前,盯着面前那本翻烂了的《物理化学》。教案本翻开在"热力学第二定律"那一页,上面写满了密密麻麻的批注,但没有一个字提到负温度。
她的手指按在教案的空白处,指尖微微发白。
她在生自己的气。
不是生孙维民的气——孙维民问问题没有错,哪怕他的动机不纯,问题本身是好的。她生的是自己的气——气自己为什么没有提前准备。负温度虽然超出了课程范围,但它跟热力学第二定律的关系如此密切,她应该在备课时就考虑到,而不是被学生问到才仓皇应对。
她想起了赵明远导师说过的一句话:"做学问,最怕的不是不知道,是不知道自己不知道。"
她不知道负温度的完整推导吗?不完全——她知道概念,知道大致方向,但细节不扎实,数学推导不完整,边界条件说不清。这种"半懂不懂"的状态,比"完全不懂"更危险。因为"完全不懂"你会去学,"半懂不懂"你会以为自己懂了,然后站在讲台上,用"半懂"的知识去教"全不懂"的学生,误人子弟。
孙维民的问题像一根针,戳破了她那层"半懂不懂"的窗户纸。