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1、前沿科学（季刊）20092第3卷总第10期Frontier Science众所周知，地球上人类的过度繁衍已造成了严重的问题，从 50 亿人增加到 60 亿人的过程仅用了 11 年，总人口很快就将达到 70 亿人。粮食、能源消耗过大，生态环境遭受破坏，水资源严重短缺这些既是危机的信号，又说明地球不能供养无限制增长的人口，其资源维持生命的能力是有限度的。笔者曾于1996 年发表“人类向外星移民的畅想”一文（自然杂志，Vol.18,No.4,221- 226 ），认为向空间移民是解决地球上的危机的途径，而这一过程将于 21 世纪后半期开始。但这是一个非常艰难的任务。那么我们是否应得出悲观的结论？当然
2、不！由于那不断求进步、求完美的伟大的精神传统，人类终将用智慧、汗水和组织性去解决面临的问题。在上述文章中笔者就曾提出，在未来的发展中应当用“智者生存”的口号取代缺乏团结协作精神的“适者生存”的口号。有一个想法在笔者脑海中始终挥之不去：我们年复一年地用消耗能源的生活方式渡过酷暑及寒冬，却没有想到“可否直接利用热和冷的本身” 。我们习惯了付出代价以保持体温和环境温度，却忽略了热和冷的自身就可能有巨大的利用价值，但却在漫长的岁月中白白地浪费掉了。历史告诉我们，人类需要对付“麻烦” ，但也可能是创造价值的机遇。热学的发展始于 17 世纪末，为弄清热的本性人们积累了大量的试验与观察事实。19 世纪前半期
3、出现的热功相当原理奠定了热力学第一定律的基础，学者们认识到热和功的总量与过程途径无关，只决定于体系的始末状态。热功相当原理与 Carnot 的理论相结合就逐渐形成了热力学第二定律。Carnot 原理认为，热机必须工作在两个热源之间，热机效率仅由两个热源的温度差来决定，而与工作物质无关，1854 年Clausius 指出，热永远不能从冷的物体转向热的物体。对于“直接利用热”的意义，人们较易理解，因为在生活中本来只有消耗能源才能获得热。问题似乎只是技术性的如何在炎炎夏日把巨大热量取出并贮存起来。另一方面，说“冷也是一种可利用的状态及一种财富” ，也并建议与商榷收稿日期： 2009- 02- 12修
4、订日期： 2009- 05- 08 作者简介： 黄志洵， 中国传媒大学教授， 电磁理论与电磁兼容学方向的博士生导师， 曾任该校微波工程系副主任， 又任中国 科学院电子学研究所客座研究员， 曾获国家级科技进步奖， 有专著 截止波导理论导论 和 超光速研究的理论和实验 等多 部。E- mail:?关于直接利用地球大气层中的热和冷的设想黄志洵(中国传媒大学信息工程学院， 北京 100024）78前沿科学（季刊）20092第3卷总第10期Frontier Science1原子系统能量跃迁所对应的时空由普朗克 （Planck ） 能量子假说，原子系统只能处于某些特殊的状态，这些状态相应的能量e是量子化的
5、。若e1和e2为某原子系统能量e的两个能级，则e只能以跃迁方式从e1改变为e2（同时原子系统吸收一个光子），即此时e不能取e1和e2以外的任何值。如图 1 所示，设tt1时原子系统的能量为e1，且系统能量e在t1时刻从e1（ 对应于图 1图 1 原子系统能量的跃迁非不可接受；家用电冰箱就是在不断消耗电能的过程中获得局部空间中的寒冷，亦即只有付出代价才能制冷。反过来说，对冷的直接利用从道理上亦不能否定。热电偶 （thermo- couple ） 依靠温差发电，其原理众所周知。那么地球作为一个大系统，最大的温差发生在赤道与极地 （南、北极 ） 之间，可达 70- 80，巨大的温差可否利用呢？只是距
6、离遥远妨碍我们利用如此优越的条件。而在同一位置 （ 我们生活的环境 ），酷热与严寒又不同时发生，也难于用温差发电的原理解决本文提出的问题。为了直接利用地球大气层中的冷和热，把它们当作一种待利用资源，需要有全新的思维。本文虽然仅仅提出了任务，但在科学研究中提出问题是最重要的，它决定研究成果的大小。笔者一方面坚信高、低温的存在是一种潜在的能源，另一方面也认识到迄今只有大自 然 才 能 令 远 距 离 的 高 、 低 温 工 作 物 质（workingsubstance,WS ） 做功。WS 是温度的载体，缺少了它就发挥不出温度的潜能。不过，正如科幻小说的内容如今常常被科学事实所取代一样，或许杰出的
7、发明家能构思出全新的方法。故笔者不揣冒昧地把这个想法公布，真诚希望引起中国科学家的重视和讨论。收稿日期： 2008- 11- 17修订日期： 2009- 04- 29 作者简介： 曾明生 （1944-） ， 男， 西安交通大学无线电技术专业 （本科 ） 和浙江大学图像信息处理专业 （硕士研究生 ） 。 计算机 高级工程师。曾长期担任中国农业银行总行工程系列高级职称评委会委员。E- mail: 王平 （1962-） ， 男， 中共江苏海门市委宣传部副部长， 江苏南通大学兼职教授。著有专著 世界本原从黑洞到宇宙 起源 （陕西人民出版社出版， 2007） 。?论光子和电子的传播曾明生1， 王平2(1.中国农业发展银行， 四川自贡 643000；2.江苏省海门市市委宣传部， 江苏海门 226100）79
