热力学第二定律明确指出热量只能自发的由温度较高的物体传给温度较低的物体，而不能自发的由温度较低的物体传递给温度较高的物体，除非外力给系统做功而改变这种传递方向。不做功则不可能改变这种传递方向。结合本文上边说的“水”的势能增加，也就是说不做功就不可能导致水的势能增加。而本文说的水向上流就是使水的势能增加，这根本违背了热力学中不做功而使势能增加的状况。这种现象难道真的与人们通常描述的热力学第二定律矛盾吗？要深刻理解这个问题，必须要深刻理解这个历史概念:熵。
[0013]什么是熵，怎样理解“熵”，理解熵这个概念可以分为“定性”的理解和定量的“理解”两种方式方法。
[0014]定性理解可以这么理解:有本书叫《博弈圣经》，这本书中解释说:“熵”就是混沌，就是无序，就是指物质在微观热运动状态时，一种混乱程度的标志。在微观世界里，“熵”是组成系统的大量微观粒子无序度的量度，如果系统越无序、越混乱，熵值就越大。熵最初是根据热力学第二定律引出的一个反映自发过程不可逆性的物质状态参量。热力学第二定律是根据大量观察结果总结出来的规律，有下述表述方式:①热量总是从高温物体传到低温物体，不可能作相反的传递而不引起其他的变化功可以全部转化为热，但任何热机不能全部地、连续不断地把所接受的热量转变为功(即无法制造第二类永动机)；③在孤立系统中，实际发生的过程总使整个系统的熵值增大，此即熵增原理。
[0015]热力学过程不可逆性的微观本质和统计意义就是系统从有序趋于无序。我们这个宇宙是熵增的宇宙。热力学第二定律体现的就是这个特征。从历史上看:“熵”是德国物理学家克劳修斯在1850年创造的一个术语，他用它来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度。能量分布得越均匀，熵就越大。如果对于我们所考虑的那个系统来说，能量完全均匀地分布，那么，这个系统的熵就达到最大值。在克劳修斯看来，在一个系统中，如果听任它自然发展，那么，能量差总是倾向于消除的。只有当你所使用的那个特定系统中的能量密度参差不齐的时候，能量才能够转化为功，这时，能量倾向于从密度较高的地方流向密度较低的地方，直到一切都达到均匀为止。正是依靠能量的这种流动，你才能从能量得到功。综上所述，物理学中“熵”实际上是指热量与做功之间的关系的一种客观量度，标志热量转化为功的程度。混沌度越大无序程度越大则热转化成功的程度越小。<br>[0016]定量理解熵的方法就是:熵就是用热量除温度所得的商。通常用符号S表示。在经典热力学中，可用增量定义熵为dS = (dQ/T)，式中T为物质的热力学温度；dQ为熵增过程中加入物质的热量。热量dQ由高温(T1)物体传至低温(T2)物体，高温物体的熵dS 1=dQ/T 1，低温物体的熵dS2=dQ/T2，把两个物体合起来在一个系统里看，熵的变化是dS = dS2 - dSl > 0，即熵是增加的。举例说:以二氧化碳气体为例:当1克二氧化碳气体的温度为Tl=1000°时，向周围温度Τ2=300°的空气排放热量为700焦耳，则 dSl=dQ/Tl=700/1000=0.7，dS2=dQ/T2=700/300=2.333，熵的变化是 dS = dS2 —dSl=2.333-0.7=1.633 > 0，大于零即表示T2物体的熵值是增加的。就是说，在自然界由于温度总是由高温物体传递给低温物体，因而系统的熵在自发状态时永远是增加的，这个只能自发增加不能自发减少的热力学过程就是单方向的，这个方向就是熵增加的方向。
[0017]熵增加的方向使我们人类在消耗能源的过程中，产生的热量不断被排到外界自然环境中，比如在热发电中几乎大于60%的热量变不成电能而不得不热电联产或直接排到外界自然环境中，再比如机动车辆，内燃机的做功效率仅仅大于40%，几乎超过50%的热量无端排放排放到大气环境中，并且内燃机做功的能量最终也变成热量，巨大的热量排放到大气环境中增加了大气的温度。可是，有人说，人类消耗的能源产生的热量相对太阳给予地球的辐射热能来说是渺小的，不足以引起地球的热量变化，这种说法看似有一定的道理，但片面的道理最终总是被证明是错误的。为什么这么说呢？太阳辐射的热量是地球热量的主要来源不假，但是人类消耗能源释放热量的时候往往是在地球的局部而不是均匀遍布在地球的每一个角落，比如城市，人口高度密集，机动车高度密集，生产高度密集导致生产设备高度密集，一个人的功率就是60-100瓦，最大几百瓦,一个汽车的功率是人功率的100-1000倍，生产设备、厂房都是高度耗能的，这样在城市密集区域人类消耗能源所释放的热量已经达到太阳向地面辐射热量的30%，有的局部区域会超过太阳辐射的热量，而太阳对地球的辐射总热量几乎年年如此，几乎没有减少多少，而人类消耗能源的速度还在继续增加，人们生活在岩石圈，本来气温是相对稳定的，春夏秋冬，地质岩层都适应了这种自然变化，但是人类消耗能源产生的热量(熵增加的方向)产生了热效应，热效应不仅使得大气层变暖，地壳温度上升，冰盖融化，大气污染加剧，还由于地壳温度上升，地壳某些硅酸盐材料强度降低，即地球的地壳温度上升一度则地壳地面材料的强度降低(任何材料都存在遇热后强度降低的问题，任何固体材料融化时强度几乎等于零，而地壳温度升高一度则证明约30米厚度地壳由固体变为液体)，地壳强度的降低在地球岩浆的冲击下更容易引发地震。这也是近些年地震频发的原因之一。因此。在自然界，在人类居住的地球，熵增现象对能量的循环产生了巨大的负面效应，如果“熵增”现象得不到改变，则人类地球气候的恶性循环变化加剧，自然灾害频发，甚至会像史前几次冰川纪一样造成生物种群毁灭也并非没有可能。因此熵增现象从目前的环境状态分析对地球环境的影响巨大，人们实际迫切需要“熵减”而不是“熵增”，“熵减”也就是人们常说的“负熵”。在自然界，负熵也是存在的，比如植物作为生命存在就是一种有序现象，大批植物存在或“水向上流”现象是一种“负熵”，即“熵减”现象，为什么呢？因为植物不断吸水蒸发和吸水合成体内有机物的过程，就是不断使物体的势能增力口，包括I)水分的高度增加导致势能增加。2)吸收周围大气中不能被人类利用的热量。3)合成有机物吸收水分。4)合成有机物吸收太阳辐射的能量或热量。5)合成的有机物作为还原剂与作为氧化剂的空气中的氧气对应，形成分子对应势能(比如氢气和氧气之间对立，可以认为二者之间存在分子对立或者说是对应势能)。植物这种功能称之为“负熵”，而“水向上流”仅仅改变了水分的储存位置，是一个物理过程，这个物理过程的结果同样熵减少，如吸水到高处的结果没有使系统传递混乱而是更加有序化，势能得到储存而可以更好的利用。因此可以说“水向上流”功能在能源循环过程中不可或缺，是利于地球生命存在或者说是维持人类生存的“正能量”。简单地说，“水向上流”的现象能把水抽到高处，能使水的势能增加，能量增加的同时，吸收了周围的低品味或者是由于“熵增”产生的热量，降低了周围环境的温度，加强了能量在地球的储存，避免了地球气候温度快速上升导致的地震、火山爆发、暴风雨雪等自然灾害的频繁发生，因此申请人认为“水向上流”的功能与自然界的植物在自然界的能量循环具有同等重要的地位，具有非凡的意义，是人类努力的方向。
[0018]既然“水向上流”的功能具有非凡的意义，那么我们再来探究“水向上流”的原理。前面说过“水向上流”是由于亲水物质造成的，那么我们现在就来探究亲水物质的原理。经过科技工作者多年的经验总结证明，亲水物质都存在一些亲水集团，比如一0H、— CH0,—C00H、一NH2。其中I)阴离子表面活性剂的亲水基(团)有羧酸基、磺酸基与磷酸基等。2)阳离子表面活性剂的亲水基(团)有氨基、季铵基等。3)非离子表面活性剂的亲水基(团)有由含氧基团组成的醚基和羟基与羧酸酯、嵌段聚醚等。总结一下，所谓亲水集团的“活性”是有氢元素、氧元素、氮元素、磷元素、硫元素、碳元素组成，它们也是组成有机物的基本元素。而之所以亲水是由于与水形成氢键。所谓氢键就是:氢原子与电负性大、半径小的原子X (氟、氧、氮等)以共价键结合，若与电负性大的另一种原子Y (与X相同的也可以)接近，在X与Y之间以氢<为媒介，生成X-H…Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，称为氢键。(X与Y可以是同一种类原子，如水分子之间的氢键)。在蛋白质的a-螺旋的情况下是N-H…0型的氢键，DNA的双螺旋情况下是N-H…0，N-H…N型的氢键，因为这样的氢键很多，因此这些结构是稳定的。典型的氢键中，X和Y是电负性很强的F、N和0原子。但C、S、Cl、P甚至Br和I原子在某些情况下也能形成氢键，但通常键能较低。常见氢键的平均键能数据为:F—Η …:F (155 kj/mol 或 40 kcal/mol)； 0一Η …:Ν (29 kj/mol 或 6.9kcal/mol) ； 0—H …:0 (21 kj/mol 或 5.0 kcal/mol) ； N—H …:N (13 kj/mol 或3.1 kcal/mol)； N—H...:0 (8 kj/mol 或 1.9 kcal/mol)； HO—H...:0H3( 18 kj/mol或4.3 kcal/mol)。我们已知水分子之间是氢键，如果要实现“水向上走”，就要保证材料与水分子之间形成氢键，且氢键的键能接近或大于等于水分子之间的键能。在微观世界，虽然水分子的不规则的运动同样受到牛顿力学的影响，水分子在氢键的作用下产生微运动，从这个道理上讲材料的氢键键能应该大于水分子之间键能，但是考虑到分子结构，分子与分子之间形成的不一定是单一的氢键，而有可能是两键甚至可能有三键或多健，因此不能说构成“水向上走”的材料与水形成氢键时，其键能一定大于水分子之间的键能。比如前边提到的聚乙烯醇，俗称PVA分子式是【C2H40】 η,具有较强的吸水性，摄氏80-90度时溶解于水，其吸水的元素可以认为...