我们都知道无法制造永动机,但是我们的星球为何永不停止?

种塔罗科的小农民


我们都知道永动机是无法被制造出来的,因为永动机违背了物理定律,任何物体都不可以在没有能量供应的前提下一直提供能量,因为能量是守恒的,它既不可以凭空产生,也不可以凭空消失。


我们的星球,看似是在永不停歇地运动,也的确如此,地球存在着自转和公转,而且地球在正常情况下可以一直这样运动下去,自身自转,围绕着太阳公转,永不停歇。我们说宇宙中没有任何物质可以是绝对静止的,只要有相对性,运动就可以存在。作为太阳系中最大的星球,太阳其实自身也存在着自转和公转,只是公转轨道那就太长了,围绕着银河系中心旋转,一圈需要2.5亿年的时间。

宇宙中的物质,都可以是运动的,但是在某些参考系中,他们也可以是静止的,比如以太阳为参考系,一个静止在地面上的人是运动的,但是如果以地球为参考系,一个静止于地面的人却是静止的。在日常生活中,我们的经验是,如果想要让一个原本静止的物体运动或者是原本运动的物体改变其运动状态,就得施加力,这句话没有错,放在整个宇宙中这句话都没有错。


宇宙中的星球,之所以能够永不停息地运动,是因为构成它们的物质在宇宙诞生的那一刻就获得了能量,这些能量可以使它们运动起来,而后越来越多的宇宙物质聚集在一起,渐渐形成了恒星、行星、星系,乃至是黑洞。它们所具有的能量,是在宇宙创生的那一刻就已经获得了的,而且由于宇宙真空的环境,所以它们所具有的能量也不会慢慢损失,因此就会这样一直运动下去。

其实我觉得星球永不停歇的运动跟永动机的运动是有区别的,人们乐于制造永动机的初衷是永动机本身不消耗能量却可以一直向外界输出能量,换一句话说,永动机就是一种能够让能量凭空产生,让能量越变越多的东西,所以注意的是永动机是无限量提供能量的机器,重点在于它能够提供能量。


当初人们想要制作这一个机器可谓是想得太好了,正所谓是又想牛儿长得好又不给牛儿吃草,天底下哪来这样的好事呢?所以后来人们通过能量守恒定律知道了永动机是无法被制造出来的。回到我们的星球,它的确可以一直运动,但是它跟外界不存在或者是存在很少的能量交换,所以说,它跟永动机的根本区别在于它不提供能量,当然它也不损失能量,所以这样的永远运动下去是没有问题的,这也并不是题目中所说的永动机。


镜像宇宙


大家都知道永动机是极难制造的东西,甚至永远不可能被制造出来,因为在我们的认知中,所有的机器都需要为其提供一种力或者能量去驱动它才可以运转,而且提供了之后它们也并不会一直运转下去需要不断的提供力和能量才行。



但是如果不是那么计较时间的话,宇宙中的天体其实都是永动机,比如我们的地球,它自从形成以来就一直处于自转和公转状态中,它每24小时转一圈,每365天零6个小时围绕太阳公转一圈。其他的天体也是如此,太阳系中的八大行星也都处于自转和公转状态中,只是其自转和公转的状态各有不同,就连我们的太阳也是处于自转和公转的状态中,不过它不同纬度自转一圈的时间也不同,基本上在20~30天之间,同时他也在围绕银河系中心公转,每公转一圈需要2亿多年。





其实就连我们的银河系也处于自转和公转的状态中,即其从内向外的自转速度也很不相同,银河系中心黑洞只需要11分钟就自转一圈,它周围的恒星围绕它公转的速度也很快,有不少只有一年或几年时间,但是在银河系的外围,有些恒星围绕银河系运行一周需要3亿年左右的时间。



这些天体从诞生以来,就一直处于运动中,它们一直在宇宙中运行,从来没有停止过,而且它们也将一直运行下去,直到宇宙的终点。我们甚至可以说自从宇宙诞生以来,其中根本就没有绝对静止的东西,也没有一成不变的东西,所有的天体都是永动机,甚至就连我们的宇宙也是如此,所以我们甚至可以说宇宙中到处都是永动机。

那么宇宙的天体为什么会一直处于运动呢?实际上也是它们一开始就获取了能量,宇宙大爆炸就是因为宇宙奇点中诞生的巨大能量进行的,这种能量赋予宇宙诞生之初所有的天体以巨大的势能,而其他的天体在形成过程中,又不断地获取来自其他天体的物质或能量,因此所有的天体及其状态都处于不断变化中,它的运动状态虽然会有所改变,但是却不会停止,因为它们都受到了太多宇宙运动因素的影响,因此宇宙中不会有绝对静止的东西。



那么我们能把宇宙中的天体当作永动机为我们服务吗?现阶段我们当然做不到,不过在未来却是有可能的,等我们的科技发展到足够高级的阶段的时候,我们在银河系中穿行,这个时候我们可以利用一些脉冲星或者磁星进行发电,因为它们时刻都处于旋转状态中,他们的磁场也会产生磁场线,如果有可以发电的装置处于磁场线中将不断切割其磁场线,因此或许能产生大量电能,也有科学家认为将来我们或许可以利用来自黑洞的能源,这种天体产生的能量更为强大。



科普大世界


这个问题看起来很简单,实际上是一个说不清的问题。翻了一下前面那些写长篇大论的,都是在扯淡。行星运动的原理已经远超出我们的认知,用现有的认知无法正面回答这个问题。

学过高中物理的很多人都认为人类把天体运行的原理掌握的跟透彻了,这种想法是不对的,我们仅仅是找到了天体运行的一些规律而已。我们不妨用经典物理知识分析一下这个问题,就会发现有很多矛盾。

我们先说万有引力,这个力是科学家单独出来的一种力,我们想一想这个力究竟是用什么方式作用到天体上的,我们想不出来。我们人造的很多做圆周运动的设施向心力一般就是拉力,支撑力,或者电磁场的力,这些力的作用方式都是明确的,可唯独没有做出来利用万有引力提供向心力的圆周运动模型。尽管我们可以通过万有引力公式说,质量太小,距离太近,但万有引力似乎应该打上一个问号,因为它不像其他力可以明确定义,明确解释,最直接的表现就是体现在天体运行上,最大只能扩展到两个物体的相互的吸引力。尽管这样勉强能说通但是这比其他的力的概念要模糊的多的多。

如果说万有引力可以用万有引力公式来解释,那天体运动的动力绝对是个很大的谜团。我们的物理书上有一句很官方的话叫"某力提供向心力使物体做圆周运动"。这句话没有问题,但很多人理解是有问题的,向心力只能改变物体的运动轨迹而不能提供动力,做个简单的受力分析就知道向心力跟运动方向是永远垂直的,因此向心力永远不会做功。那么问题来了,如果万有引力提供向心力让天体做圆周运动,那天体运动的动力是哪里来的?这个问题我们回答不了。假设天体有初速度,但是运动过程一定有能量损耗,我们通过地球的质量以及线速度能计算出地球的动能,地球做圆周运动的时间比人类存在的时间都长,这么长的时间如果没有能量补充地球的速度就应该明显减慢,事实上地球的速度并没有明显变慢。那按照经典力学这个过程一定有能量补充,可是这个能量又是以什么形式补充的呢?常规补充能量有两个方式,一个是用力去做功,另一个是补充燃料。我们观察不到,也感觉不到宇宙中有什么力在给地球补充能量,所以这个说法站不住脚。即便能补充燃料,也不可能来自于外太空,但是如果能量来自于地球本身,这么多年丢球的质量为什么没有变化?这两种推测都是不成立的。

推演到这里我们发现,我们似乎对天体运行的本质是完全不清楚的,我们只是总结出了一些运行规律仅此而已。


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永动机并不是只要动就可以制造出来。理论上人类是无法制造出永动机的。

很多人总是按照字面意思来理解永动机,只要运动的物体就可以算作永动机。那么按照牛顿第一定律,物体在不受力的情况下将保持匀速直线运动或者静止。

保持匀速直线运动运动的物体不是永动机,而是惯性的体现。

永动机的定义是:在不需外界能量摄入的情况下,还可以源源不断地向外做功,也就是向外输送能量。

我们知道能量不可以凭空产生也不会凭空消失。要想向外持续做功就必须需要外部能量不断摄入。如果没有外部能量摄入,那么做功只能消耗掉自身的动能,内能或者势能。这种过程并不持续。

比如一个不受力的物体会保持匀速直线运动,如果它撞向一个的物体,这个物体就有可能吸收能量而改变速度。而原本的物体就会失去动能而变速。

地球如果不受外力,那么它就会相对静止或者匀速直线运动地在宇宙中游荡。太阳的存在给地球施加了一个引力。在太阳引力的作用下,地球的初速度和与太阳的距离大小刚好形成向心运动。

不过这种向心运动可不是永动机,如果把地球当成更大尺度机械的动力,并使其做功。进而只会导致地球停止自转或者降速落到太阳上。反正这种做功是不持续的。所以地球可以长期绕太阳公转就是由于不向外做功。

在广义相对论中,你可以认为把引力看成是时空弯曲的表现。一开始物体只是运动直线运动,不过时空的弯曲造成这种匀速运动变成了弯曲轨道。


科学认识论


不是它不停止,而是我们观察的不够久,如果你可以活上几十亿年,你会目睹咱们太阳系土崩瓦解的时刻,如果你等待的更加久,等待上千甚至是上万亿年,你会发现宇宙也会土崩瓦解。宇宙中是高度真空环境,没有阻力,这是星球永不停息运动的原因,只要起先推那么一下,就可以周而复始、日复一日的运动下去了。

(浩渺的宇宙)

谁来推这一下,很多年前人们将这个原因归结为神秘的力量,或者说是神,时光荏苒,随着科学技术的进步,人们搞清楚了太阳系的前世今生,它原本是一个宽达100多光年的分子云,在引力的作用下发生重力坍缩,无数的物质向着中心汇聚,压力、密度、温度升高,最终点亮了一颗恒星,这就是我们的太阳。

(初生的太阳)

太阳的形成拿走了99%的质量,剩下的围绕着这个初生的恒星公转,渐渐地行星形成了,自那时起,行星就在公转着,到如今已经近50亿年了,这永恒不息的运动,要归结到太空高度真空的环境,没有阻力,也就没有动能的损耗。


科幻船坞


我们都知道无法制造永动机,但是我们的星球为何永不停止?

动量守恒、角动量守恒、能量守恒这些都是我们熟知的概念,因为物理课本上都写的很清楚,不会引起概念混乱是因为案例都比较单纯,但在一个复杂系统中或者一个我们并不是很熟悉的系统中,或者难以区分输入输出天体系统的运行过程中,就非常容易混淆,甚至都会有一个疑问,为什么天体会“永不停息”的运行下去?

一、永动机?

上图就是一台传说中的永动机模型,看上去似乎没有问题,但事实上却会因为磁铁反推形成的逆时针力矩而平衡掉力臂改变引起的顺时针重力致下坠顺时针力矩,因为在实际中上下磁铁分布不可能如上图GIF中均匀分布,因为辐条的角度在经过磁铁前后时并不一致,受重力影响,水平线上方的磁铁比较靠近大磁铁,下方则比较远离大磁铁,因此大磁铁对于上方的推力会更大一些,形成一个逆时针的力矩,抵消了水平线上磁铁下坠的转动的顺时针力矩!尽管上图看上去非常能迷惑人,但还是因为比较单一,仍然可以简单分析!

二、太阳系永动机?

但太阳系的行星与卫星公转以及自转等现象就非常具有迷惑性了,因为太阳与各大行星的存在都可以用自古以来形容了,甚至它们的出现都早于“自古以来”!并且它们似乎将永远转动下去,难道天体运动是永动机?其实对于太阳系的角动量守恒或者能量守恒应该从形成太阳系的星云坍缩开始说起,因为太阳系里所有的角动量都来自于引力坍缩能!现在要解决的是为什么引力坍缩会导致转动!

三、太阳系原始行星盘

上图是对太阳系原始星云坍缩后的积盘艺术图,然而并不是纯艺术图,而是我们观测到了很多原始行星盘,距离太阳系比较近的金牛座就有这样的同心圆结构!

欧洲天文台发布金牛座原行星盘高清图像,每一条环都将将有一颗行星诞生!而中心则非常明显将会诞生一颗新的恒星!

四、原始行星积盘为什么会转

上图是一个质心以引力方式捕获一颗小型天体的过程,在一个完全理想的系统中,这个小型天体是会直直的落向质心的,但这几乎不可能,因为会受到各种因素干扰而偏离,最终将会有三种结果,速度不够的话将成为行星的一部分,速度刚好则成为环绕行星的天体,或者速度比较高脱离行星的引力,星云积盘坍缩时候则几乎都是前两者结果!因此积盘转动起来是引力坍缩的因素,而且是系统内部相互影响不均匀所致!

五、行星的自转和卫星的公转会永远继续下去吗?

天体的运动过程中会受到其他天体的引力影响,比如地月系,月球对地球的潮汐引力影响是很大的:

1.地球上潮起潮落的主要因素就是月球引力和太阳引力

2.地球自转周期从十亿年前的十几个小时到现在二十四小时即月球影响!

3.地月系月球正在远离

几个因素都在消耗地球自转的能量,地球的自转在未来也将越来越慢!而公转也是类似因素,所不同的是太阳的质量正在慢慢减少,甚至在后期白矮星还会继续丢失质量,因此行星系统并不会被太阳牵引,而是逐渐远离太阳!但未来行星系统将会继续运转,从星云积盘坍缩能累积的能量并不会凭空消失!从上述看来,天体并不是永动机,它们具有能量的来源和耗散的途径!


星辰大海路上的种花家


永动机是指能源源不断对外做功的机器,单纯的“永远能动”并不是真正的永动机,我们的星球也只是看起来永动而已


永动机自古以来就是人类的终极梦想,历史上不乏有致力于永动机研制的人,比如达.芬奇。但随着热力学定律的提出人们很快发现永动机在理论上就是不可能实现的,于是法国和美国先后于1775年和1917年停止受理一切关于永动机的专利申请。

第一类永动机的“动机”就是想不消耗任何能量而且还能持续对外做功,但是能量守恒定律不允许这种“白吃白喝不给钱”的现象发生,于是在第一类永动机破产后有人想出了第二类永动机,妄图凭空吸收空气甚至宇宙中的热量来驱动机器对外做功,但热力学第二定律表明热量不会自发从低温物体传向高温物体,也不可能把单一热源全部用来做功而不引起其他变化,所以第二类永动机也破产了。


其实如果单纯把永动机理解为“永远能动”的话,全宇宙每个基本粒子就都是永动机了,因为自宇宙大爆炸以来所有微观粒子都在不断的运动之中。

我们的地球本身并不是什么永动机,因为它没有对外做功


宇宙探索未解之迷


永动机分为两类,第一类永动机是指在不需要外界输入能量的情况下可以持续对外做功,但是它明显违背了能量守恒定律,第二类永动机是指物质在没有温度差(能量差)的情况下,可以从物质中吸取热量转化成机械能,但是这类永动机原理违法了“热力学第二定律”。

知道了永动机的定义,当然也就明白了问题答案。首先,在宇宙中静止是相对的,运动是绝对的。追本溯源,宇宙大爆炸赋予万物能量,我们的星球在尚未诞生时,组成它的各种物质就是处于运动状态,这些物质最后集中到一起,赋予了我们星球运动的能量。参考永动机定义我们可以发现,虽然我们的星球一直在运动,但是它是不对外做功的,所以它的运动状态是不会发生改变的。


有个疑问,宇宙中真的没有绝对静止的地方吗? 比如宇宙的中心,当初宇宙大爆炸的位置,会不会万物静止,时光暂停。



漫步的小豆子


首先,地球是会停止转动的,这是必然的事情,而问题仅仅出在时间上。其次,就算地球永不停止转动,也不代表地球就是永动机。永动机的意思根本就不是字面意思!题主抛出这个问题明显是根本不懂“什么是永动机”!

永动机早期的意思指的是“能永远向外界提供能量而不是需要从外界获得能量的机器”。这类永动机不服从能量守恒定律,所以被否定了。但是能量守恒定律仅仅只是否定了这一类永动机,还存在另一类严格服从能量守恒定律的永动机!这类永动机可以自动吸收外界的能量,然后转换为可以输送到外界的有用功。这类永动机叫做“第二类永动机”。能量守恒定律明显无法否定它。但是近二百年的实践证明,这类永动机也不存在。因为它违法了一条更加严苛的定律:热力学第二定律!这条定律让一切妄图发展永动机的想法全部落空。

强调一遍,永动机不是永远运动的机器,这种理解可以说是企图发明永动机的江湖骗子偷换概念的结果!永动机的准确理解要把握两个方面:一方面是能违反能量守恒定律的机器,另一方面是不违反能量守恒定律但是违反热力学第二定律的机器。所谓违反热力学第二定律的永动机,其实是企图做到让气体可以自发地从空间里收缩回到一点,而不引起其他变化。也就是无代价地实现能量自发回笼重利用,这是不可能的!

如果永动机,那么能源问题就不会存在了。可惜这个世界上不存在永动机。但是,永动机不存在不代表能源危机就无法度过。这个世界上还是存在奇迹的。


科学联盟


我们所说的永动机,并非是字面意思-永远动着的机器。永动机指的是可以一直对外输出能量,且不会因为能量的输出而最后导致自身停止运动。按照永动机的构建原理,可以分为第一类永动机和第二类永动机。不管什么类型的永动机,都是不消耗能量而可以永远对外做功,这显然违反了物理学定律。所以到现在为止,永动机都只是一个概念而已,没有谁能够打破物理规律而做出来永动机。



题主说的星球一直转动,其实这种转动并不是永动机的定义。星球转动基本上可以认为是没有对外做功,所以可以一直保持转动状态不变。但是,如果我们利用星球的转动能做功的话,星球就会逐渐停止转动。所以,我们不能够说一个物体可以一直运动,就是永动机。永动机必须要有两个要素:1.一直运动,2.不需提供能量而可以持续对外做功。



如果仅仅把定义的第2点删除,那么这样的永动机太多了。宇宙中随便打出一颗子弹,只要不装上天体,它就可以一直运动下取。还有电子,也是一直运动的。比较神奇的时间晶体,也是永远往复运动。不过,这些都是“阉割”版的永动机,并非真正的永动机。


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