科普知識:人類能製造出永動機嗎?

科普知識:人類能製造出永動機嗎?


今天有人提出一個問題:人類不能製造出“永動機”,為什麼不製造一個99999類似的“永動機”呢?

我想,在回答這個問題時,先弄清熱力學能量守恆定律。

歷史上曾有很多人想製造出“永動機”,儘管最後都以失敗而告終,但這些失敗的嘗試很大程度上推動了人類最終發現能量守恆定律。

在中世紀法國人亨內考設計的永動機方案最為著名,用一個大輪子中央有一個轉動軸,輪子邊緣安裝著12 個可活動的短杆,每個短杆的一端裝有一個鐵球。亨內考認為,右邊的球比左邊的球離軸遠些,存在更大的轉動力矩,輪子就會一直轉動下去,並且帶動機器開始運轉。

亨內考的這個設計聽上去有模有樣,很快被製造成各種各樣的模型。可惜,永不停息的轉動卻從來沒有出現過,輪子只是擺動幾下便停了下來。

牛頓力學定律中有一條描述了作用力與反作用力,大意是說對於一個事物來說,作用於其上的力,必然後遭遇一個反作用力,並且大小相等,方向相反,作用於同一條直線上。我們用三維角度重新來描述一下這個問題:

科普知識:人類能製造出永動機嗎?


在空間維度上,作用力與反作用力大小相等;空間方向相反,如果一個力指向右,那麼反作用力必然指向左;作用在同一條相關的空間直線上。

能量:力與其作用的空間距離長短的乘積稱之為能量。力的空間分量用Fs來表達,距離用S來表達,那麼能量表達為:Fs×S

能量守恆:在作用力與反作用力的作用下,能量不能被產生也不能被創造,只能從一種形式轉換到另外一種形式,也就是說對於一個封閉的系統而言,能量的總和是一定的、不變的。

在時間維度上,作用力與反作用力大小相等;時間方向相反,如果一個力指向未來,那麼反作用力必然指向過去;作用在同一條相關的時間軌跡上。

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動量:力與其作用的時間長短的乘積稱之為動量。力的時間分量用Ft來表達,時間用T來表達,那麼動量表達為:Ft×T

動量守恆:在作用力與反作用力的作用下,動量不能被產生也不能被創造,但是可以轉化,在一個封閉的系統中,動量的總和是一定的、不變的。

在邏輯維度上,作用力與反作用力大小相等;邏輯方向相反,如果一個力指向複雜,那麼反作用力必然指向簡單;作用在同一條相關的邏輯鏈條上。

深量:力與其作用深量守恆:在作用力與反作用力的作用下,深量不能被產生也不能被創造,但是可以轉化,在一個封閉的系統中,深量的總和是一定的、不變的。

深量守恆,在作用力與反作用力的作用下,深量不能被產生也不能被創造,但是可以轉化,在一個封閉的系統中,深量的總和是一定的、不變的。

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不過,也有人指出,宇宙可能永遠也達不到熱寂。因為整個宇宙並非靜態的,而是在不斷膨脹,從138億年前開始到現在一直沒有停止過膨脹,並且未來還會繼續下去。這意味著作為熱力學系統的宇宙並不能保持穩定,所以熵永遠也不會增加到最大。

當然了,宇宙的能量來自宇宙,太陽的能量也來自宇宙,宇宙中的能量一直在宇宙中,不會跑到宇宙外去,這個宇宙也沒有外,因此也不存在宇宙外的能量跑進來。

比如太陽的形成,是起源於宇宙中,或者說銀河系裡的一堆原始星雲,至於這堆原始星雲是宇宙裡原始就有的,還是某些恆星死亡後飄散出來的就不知道了。這堆星雲主要成分是氫元素,在引力的作用下向中心坍塌積聚,最終巨大的壓力和高溫引發了核聚變,一顆恆星就誕生了。

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你看看現在的八大行星圍繞太陽旋轉,不是一個很好的“永動機”嗎?

其實“永動機”不是“永遠在動的機器”,而是要做功要產出能量的機器。

現實生活中,真空中運行的物體由於沒有阻力作用,基本上運動都是持續的——確實是可以看做永遠在運動,但是這些物體並不能向外輸出能量。

比如說地球,如果你給它裝上一個巨大的齒輪來推動什麼機器運轉,沒幾天地球就停止轉動了。

科學家是在能量守恆的基礎上提出永動機不可能造出來,他們認為永動機違背了能量守恆定律,這是正確的。

但人們可以轉換思路,不要侷限於轉動“永動”這一個概念上。

科學家發明的太陽能光伏發電這種高科技設備算不算是永動機呢?對於發明創造永動機者來說,他們可以避開違背能量守恆這一定律,去開拓一種利用自然資源做材料,吸收自然能源轉化為動力資源,這何尚不是一種永動機的誕生?

只要我們製造出來的設備不需要加油,不需要充電,為能源問題省去昂貴的資源費用,難道不可以稱之為永動機嗎?

通過科學的進步,人類還會研發出更多更好更大規模的“永動機”來,因為無垠的宇宙充滿巨大的能量,人類所需要的能量只是微不足道的億萬分子零點零零零,人類學會了偷天換日、盜取天火,借用老天一點火,點亮人間萬年燈!


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