只會思考的傻子

太陽和地球的距離足足有1.5億公里，而地球又比太陽小130萬倍，因此接收到的能量只是太陽總釋放量的一小部分，準確的說地球每天接收的太陽能量相當於2.7億顆廣島原子彈，只是看起來很多罷了，其實大部分都浪費掉了。

儘管目前能用太陽光發電，但太陽能的電太少了，和現代社會巨大的能源需求相比就是杯水車薪，因此太陽能從來都不是人類文明的主要能源，想要真正利用好太陽能的話只能將太陽能電池板放到太空然後無線輸電到地球。

地球大氣層對太陽光的影響太大了，未來的月球和太空城才是太陽能大顯身手的地方，地球的能源危機只能靠可控核聚變來解決，半個世紀後可控核聚變發電站就能出現。

科學技術進步會讓我們發現能源從來就沒有稀缺過，宇宙中到處都是能源，只要技術足夠發達我們甚至能用脈衝星發電，用黑洞處理各種垃圾。

宇宙探索未解之迷

地球時刻都在吸收太陽的能量，那麼根據能量守恆定律，為什麼地球上的能源稀缺呢？

太陽能可能是地球上最豐富的資源之一，假如人類能實現高效利用和儲存電能的話，那太陽可以完美的解決人類的暫時能源問題！為何是暫時？我們來簡單分析下。

一、太陽的輻射功率有多大？

太陽向宇宙空間輻射的總功率達到了3.8×10^26W，1.5億千米外，半徑達到了6370KM的地球獲得的獲得的總功率達1.7×10^17 W，地球上獲得輻射功率約為1.4KW/平方米（中午、赤道地區）！當然這個平方米需要注意下，是朝向太陽垂直面積，因此和時間與緯度有很大的關係！

全球輻射量示意圖，很明顯赤道地區比較強，而兩極明顯降低，而差異非常大！

輻射的吸收與反射示意圖，有很大一部分會重新反射回宇宙！

二、我們需要多少太陽能電池才能滿足要求？

2017年，中國用電量為63077億千瓦時，這需要1542979452平方米100%轉換效率的太陽能電池每天8小時發電！但實際情況比較慘：

1、如果效率只有20%，商業運行已經很高了，那麼將變成7714897260平方米

2、如果只能發電4小時，那麼將變成：15429794520平方米

3、如果全年只有一半的好天氣，那麼是：30859589041平方米

合計需要：30859.6平方千米的太陽能電池陣列！

總計需要：175.67千米邊長的太陽能電池陣列！

我國輻射功率示意圖，能滿足1.4W以上的還是不多的，咋沿海地區還因為天氣原因大打折扣！

三、太陽能電池即可滿足要求？

我們在計算太陽能電池的發電量時，只能計算8小時甚至更低，當然這原因很簡單，因為太陽的並不是無時不刻都在的，夜間也陰天就無法有效使用太陽能，只能用太陽能的二次能源，比如天然氣或者水電煤電潮汐電站等！因此必須還要有一套大功率的儲能設備，以備在夜間和陰天時提供電能！

1、抽水蓄能型

2、電池蓄能型

3、壓縮空氣或者飛輪蓄能型

4、電解水蓄能型

......

無論哪種都無法完美解決太陽能這個不均勻的問題！

四、空間太陽能電站？

這是完美解決大氣反射、晝夜交替、陰雨天氣等弊端的方案，但又跑出來一個大問題，即如何向地面傳輸？

1、微波傳輸？

2、激光傳輸？

但無論哪種都會在大氣層中留下一個死亡通道，人類的航天器可以設置軌道避開，但鳥類卻無法避免，比如在太陽能鏡面聚焦陣列中心就是一個烤鳥場！

西班牙塞維利亞附近的集中太陽能發電廠！

但中心焦點附近是一個不折不扣的死亡區域！如果是空間太陽能電站，那麼這個死亡區域將會更大，從天空一直到達地面，都鳥類一旦進入絕對不可能倖免！

五、地球能源稀缺嗎？

其實地球能源一點都不稀缺，但收集與利用比較困難，比如太陽能就非常明顯不能徹底解決問題，水電、風電、潮汐、火電與核裂變等都不能徹底解決，只有未來的核聚變才是真正的希望所在！近乎無限的聚變能是人類所渴求的，但實現也最難！當然在核聚變電站實現之前，我們唯一能做的就是將常規與核裂變能源利用到極致，萬一核聚變需要很久以後才能實現呢？但人類的生存與發展卻是刻不容緩的！

星辰大海路上的種花家

這個問題量子菌來回答。能量守恆定律當然沒有問題，太陽向地球輻射的能量是巨大的，但人類能利用的能量卻太少。就好像，地球上的水多的是，70%都是浩渺的海洋，但人類可利用的淡水資源還是不足，很多地方至今還缺乏健康安全的飲用水。

太陽這個恆星給予整個太陽系以能量，來自太陽內部的核聚變時時刻刻釋放出巨大的能量，而我們地球距離太陽1.5億公里，可以接收到太陽輻射能量的22億分之一。這麼大的能量哪裡去了呢？

首先，地球吸收能量也會散發出能量，不然只有吸收的話，地球不停的吸收太陽能量，那麼地球溫度早升高了，不是現在這麼宜居了。地球上吸收和散發的能量基本相當，所以除了白天黑夜和四季變化，平均溫度大致不變，當然目前有溫室效應，全球變暖。

其次，太陽光不是那麼容易利用的，除了植物利用光合作用儲存能量，人類直接利用太陽能的效率和成本還是太高了，太陽能電池目前效率在20%以上，但成本卻一直居高不下。而通過太陽輻射來加熱也是一種方式，但效率也比較低，早先流行的太陽能熱水器，因為太不實用，現在使用的也越來越少了。

量子實驗室

1、任何天體都不能只吸收能量，而不輻射能量，地球也在大量的對外輻射能量。

宇宙間沒有隻吸收能量而不輻射能量的天體，有讀者肯定想到了黑洞，黑洞的引力確實大到了能夠吞噬所有東西，但黑洞一直在向外輻射著能量，這個理論最早是霍金提出來的，霍金認為黑洞並不是只進不出，後來被認為是正確的，其實想想也知道，如果只進不出，黑洞早晚會爆炸。

地球也是一樣的，地球並不是單純的吸收能量，也會輻射能量。這樣才能保持平衡。

來看一組數據：太陽每秒總電磁輻射為3.827×10^26瓦，地球每秒從太陽獲得的輻射是1.74×10^17焦。

地球表面有約71%面積是海洋，還有厚厚的大氣層，有約38%的能量被反射，其餘地球通過熱輻射等形式保持了地球上能量的平衡。

2、能量多不等於可利用的能源多

太陽輻射到地球的能量，除了38%左右的能量被反射回宇宙，絕大部分能量又在晚上通過熱輻射的形式返回宇宙了，這些能量都是無法利用的。還有很小的一部分植物會通過光合作用轉化為植物的化學能，有的讀者會想到太陽能發電，這僅僅只是特別特別微小的一部分。這兩部分都是可能被利用的。

地球作為一個比較巨大的行星，自身也會儲存少量能量，其實我們目前利用的大部分的能源就是來源於這部分，如煤、石油、天然氣等。石油和煤都是經歷數百萬年甚至上億年前才形成的，這些都是億萬年前儲存起來的能量。

所以，形象的地說我們現在利用能源就是在啃老本，用一天少一天，能不珍貴嗎？

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核先生科普

這個與能量守恆定律沒關係<strong>

地球上的能源並不稀缺，而是我們人類太落後了，只能利用極少數的能源。

地球上都有哪些能源呢？

一、化石能源

億萬年前的動植物埋藏在地下，在高壓下形成了石油、煤炭、天然氣等可以直接燃燒的能源。人類利用能源的歷史就是從火開始的，直到今天人類還沒有擺脫對火的依賴。

燃燒化石能源對環境影響巨大，溫室效應愈演愈烈

二、風能、水能、潮汐能、地熱能

這些可再生能源存在於地球的各個角落，可以說我們時時刻刻都被巨大的能源所包圍，但我們就是不知道怎麼去用他們，現在建成的數量最多的是水力發電站。風力、潮汐發電站數量還很有限，這主要是由於這些能源都不穩定(風是最捉摸不定的，建設風力發電站耗資巨大)，現在還難以加以利用。

三、太陽能

如今，地球上每秒陽光的輻射量相當於500萬噸煤。廣義來說，風能，水能也屬於太陽能。如果能將太陽在地球上的輻射能量全部利用，那麼完全可以取締高汙染的化石能源。

未來人類若真能造出戴森球，那人類對太陽能的利用將是地球所接受輻射量的22億倍。

四、核能

這恐怕是現存最巨大的能源，海水中的核聚變原料可謂取之不盡用之不竭，而且現在可控核聚變是很用可能在不遠的未來實現的。到時人類完全可以擺脫化石能源，擺脫延續了幾十萬年的對火的依賴。地球環境將變得更加宜居，整個地球就會是一座森林公園。

......

所以，地球上能源並不稀缺，只是人類太落後。

仰望星空俯瞰世界

太陽對於太陽系來說是非常大的，從質量角度來說，太陽佔整個太陽系質量的99.86%，而其他的行星加起來才這一點點，如果是單算地球那就更少了。

太陽風影響範圍可以到達幾百億千米之外，我們的地球每天也在接受太陽風的洗。那麼既然太陽這麼巨大，內部核聚變反應可以持續數十億年，人類為什麼還感覺不夠呢？

其實是因為人類對太陽的利用率根本不夠，甚至可以說完全沒有利用，太陽的能量都在廣大的太陽系中消散了……從2001年以來第一次人類對於太陽能的利用率在逐年增高，大約有40%，聽這個數字好像很大，但是這其實都不到太陽輻射能的億分之一……因為地球太小了。

要說起太陽利用率，全球植物做的都要比人類優秀的多的多，到達地球的太陽光，有90%都被植物利用做光合作用了，其他一點也要分給大地，大氣層吸收等等，人類對於 太陽的利用實在是太少了。換句話說就是整個生物圈的利用率，要比人類的利用率多的多。

雖然對太陽利用的很少，但是人類就喜歡夠手邊的能源，比如說化石能源等等，人類對於化石能源的利用可是誰都比不了的。現在化石能源非常緊缺，太陽方面的輻射能和光能對於人類來說是不會少的，而是我們現在科學技術還不會利用

宇宙與科學

這與能量守恆有任何關係嗎？能量確實守恆，但如果你不能充分利用太陽照射到地球的能量，再多的能量又有什麼用呢？

我們經常說太陽是可再生能源，當然這種說法是相對的，只不過以人類歷史來看，說可再生也沒有毛病！

太陽每秒減少400萬多噸的質量全部轉化為能量，而到達地球的能量僅為太陽產生能量的22億分之一，其他能量全部輸送到浩瀚太空裡。而即使是到達地球的能量，人類的利用率也很少，每小時照射在地球的能量比人類一年的能量利用用量還要多！

如此多的能量都哪裡去了？簡單說浪費了（當然是對於人類來說），可以說我們如今見到的一切能量幾乎都是太陽能的“變種”，傳統能源石油煤天然氣，還有風能，潮汐能，水能都是因為太陽能的另一種形式！

大部分太陽能都在植物的光合作用中被利用了，同時還有地球上的物質吸收了，太陽照射任何物質都會吸收太陽能，再想想人類直接利用的太陽能有多少呢？你家安裝了太陽能熱水器了嗎？

所以說，能量確實守恆，但這與地球上的能量稀缺並沒有關係！

宇宙探索

對於我們人類目前的科技水平來說，並不是所有能量都能利用的，而且低熵才是能量的價值。

地球每秒到底接受太陽多少能量？

太陽每秒總電磁輻射為3.827×10^26瓦，這個值也有一個名稱，叫做光度值。

太陽常數為1367瓦，即地球上每平方米大約1367瓦特[1353(±21) W/m2(1976年, NASA)]，

按地球的截面積是127,400,000 平方公里來計算，可得出地球每秒從太陽接收約1.74×10^17焦耳能量，這個能量很大，是人類所需要能量的數千倍。

而大氣層大約要反射34%的太陽光。

所以，到達地面的太陽能大約是每秒1.15×10^17焦耳。

而1945年美國在廣島和長崎丟下的原子彈釋放能量大約為5.5×10^13焦，所以說地球每秒接收到太陽的能量相當於2091顆廣島原子彈。

雖然地球每秒要從太陽那吸收這麼多的能量，但當地球溫度升高後，地球還會以紅外線的方式向外散熱。

一般散發的熱量與地球溫度成正比，溫度越高散發越多。當溫度保持穩定時，基本上吸收的能量和散發的能量就相等了。

所以重要的不是能量的多少，而是有用能量的多少，處於低熵形式的能量才有用。

低熵的能量才有價值，而熵增卻是不可逆的必然。

由於能量守恆，所以任何封閉系統內的能量總量是不變的，但是能量的有用價值是層層遞減的。

比如，水壩後的水是一種有用能量，它會向下流動直到兩邊水位相同，而不會逆流向上。

再比如，一杯熱水含有用能量，可以融化冰塊使水達到一箇中等的溫度。

但你永遠不會看到在能量總量不變的情況下，讓一杯溫水變成熱水，再同時自行生成冰塊。

所以，有用能量必須是不平衡的能量，這就是低熵能量的本質。

我們只能利用低熵的能量，而無用能量即高熵的能量無法被利用。

比如，馬路上的行駛車輛的噪音、或放在地面上物體的勢能、地球每天夜裡向太空輻射的紅外線，這些都是無用的高熵能量。我們無法利用它們做任何事。

而汽油和空氣種含有用的低熵的能量，將它們混合在一起燃燒，就可以讓汽車跑起來。從啟動到行駛，再到停車，在這段路程中，總能量保持不變。

但是有用的化學能量轉化成了沒用且高熵的熱量和噪音。

所以能量還在，只是無法像之前那樣可供利用。在一個封閉系統裡，能量從低熵到高熵的轉變，是不可逆的，這就是熱力學裡的熵增定律。

當然整個地球對太陽能的利用率也相當低

除了主要以紅外線方式散發到太空的無用能量，全球的植物對太陽光的利用率大約只有1%到5%，而人類現在最高效的太陽能技術，在實驗室裡才能超過50%，工業化利用一般最高在40%左右，而一般的光伏電池能達到20%到25%就很不錯了。

不管怎麼說，地球上所有生物對太陽光的直接利用都太少。而太陽能一般被轉換為水勢能（水循環）、風能（大氣環流）等各種形式留存在地球上。

我們整個宇宙都被熵主宰，有一種命運叫“熱寂”。

宇宙最低熵的能量是氫，恆星就是消耗氫，產生了次一級的能量：熱輻射太陽能。

太陽給地球提供低熵易用的太陽能，其形式主要是可見光光子。

這些低熵的能量，在地球上通過各種各樣的轉換，被層層消耗，最後轉變為高熵值的形式輻射掉，也就是紅外線。

地球每接收到一個可見光光子，就會向太空輻射了約20個紅外光子。

也就是說，雖然地球吸收和釋放的能量平衡，但熵值升高了20倍。

事實上，目前太陽是我們有用能量的唯一來源，它是太陽系裡寒冷黑暗的星空中唯一發光發熱的恆星。

如果，一天整個星空是跟太陽一樣的溫度，我們的星球會接收到更多能量，但是地球會迅速平均化達到一個高熵的平衡狀態。

所有溫度和太陽一樣，這樣就不可能開車或生存，不是因為能量缺乏，而是因為所有能量平均後，就什麼事都做不了。

在平衡狀態下，所有能量都變成了沒用的高熵能量，永遠不會變化，也就永遠沒有運動，這就是宇宙毀滅的熱寂說。

萬物都化為了能量，然而卻是能量平衡狀態的的死寂。

當一切都變成高熵，時間的方向也會消失，時間變得沒有意義。

想法捕手

從本質上來說，地球上的一切能量，其終極來源都是太陽，離開了太陽，地球上就沒有了生命物質的基礎。

植物進行光合作用需要陽光，植物通過光合作用製造糖類，通過光合作用製造氧氣，我們食用的糧食的能量，就是來自於植物吸收的太陽能，地球上的化石能源，其最初也是來自於太陽能，古老的生物質在漫長的時間以及複雜的地質作用下形成了今天的化石能源。

太陽雖然說滋養了萬物，但是太陽不是地球獨有的，太陽系有那麼多的天體，都需要太陽提供能量，儘管太陽每時每刻都在釋放著巨大的能量，但是能夠到達地球上的能量，微乎其微，況且地球本身還會反射絕大部分太陽能，所以說，能夠被地球吸收利用的能量，是很少少的。要知道太陽和地球的距離足足有1.5億公里，而地球的體積僅僅只有太陽的130萬分之一，所以能夠接收到的能量只是太陽每時每刻釋放的能量的一小部分罷了。

人類對於太陽能的直接利用率，可以說是很低的，雖然廣義上來說，地球每天接收到的太陽能量並不是一個小數目，準確點來說每天接收的能量相當於2.7億顆廣島原子彈釋放的能量，乍一看很多，其實很多都被浪費掉了，由於陽光同一時刻是照射在一個很廣闊的區域，所以想要集中利用根本就是不可能的，再說了，地球本身也會釋放能量，要不然太陽光一直照射下去，地球的溫度早就升高了。有人看太陽能這麼充足，為何不直接利用太陽能呢？這的確是一個不錯的想法，但是實行起來不太現實。

這還不是因為用太陽能來發電耗資太巨大了，用太陽能所發的電帶來的經濟效益可能還不如製造太陽能電池組消耗的資金多。地球的大氣層對於太陽能的損耗本身就是巨大的，跟核能發電比起來，太陽能發電效率簡直是太低了。人類如果能夠充分利用太陽能，將不會再有能源危機，未來人類如果能夠製造戴森球，那麼就有可能完全利用太陽能，人類甚至有可以利用太陽能進行星際旅行。

鏡像科普

越多人都弄不清能源和能量的關係，把能量守恆當成能源守恆了。

能量是表示物體做功能力大小的物理量，能量有不同表現形式，比如動能、勢能、熱能、電能、核能、化學能、生物能等。不同能量之間可以相互轉化，在能量轉化過程中能量總量保持恆定不變(這裡核能是個例外，它是有質量轉變而來，這不在我們現在討論之列)。人們就是利用不同能量形式之間的轉化來為人類服務的。比如將煤炭中的化學能轉化為熱能用來取暖，轉化為動能來驅動汽車等。

能源是儲備能量的物質，廣義的說任何物質都儲存有大量能量。狹義的能源是指人類目前可以利用的能源。自然界有許多能源，但是人類目前無法使用。比如閃電能，比如火山爆發能，比如地震能，等等。某一時期，人類可以利用的能源是固定的。過去人類所需能源少，木材之類就夠用了，木材是可以再生的，所以那時能源幾乎是取之不盡用之不竭的。現在人類進入工業時代，對能源需求日益增加，再生能源不夠用，就用不可再生能源。

每時每刻，地球都要接受巨大的太陽能量。太陽距地球的距離是1.5億千米，在地球大氣層表面單位時間測量的太陽能量為1368瓦/平方米。通過單位面積的功率×總面積（4πR^2），可以求得太陽單位時間內（每秒）發射的能量為4*10^25焦耳。太陽每秒鐘向外輻射約28600億億兆瓦的能量。2007年世界一次能源消費總量為111億噸油當量，地球每年經光合作用產生的生物質有2200億噸，其中蘊含的能量相當於全世界能源消耗總量的10倍，但目前的利用率不到3%。

太陽是人類能源之母。儘管太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量的22億分之一．但已高達173．000TW．也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量相當於500萬t煤產生的能量。

關鍵字: 能源 太陽 科學