人類研究了數百年,仍未製造出「永動機」,未來能成功嗎?

2020-12-22 古今奇聞雜談

沒有人能夠製造出永動機,永動機在我們整個宇宙不可能存在的東西,然而在人類的文明進程中,曾有無數的民間奇人乃至科學家們都在嘗試製造永動機。那麼什麼是永動機呢?為什麼永動機被證明是永遠不可能被製造出來的呢?

從人類開始使用工具乃至製造工具以來,人類所有的智慧都集中在對工具的創造之上,從原始的木棍到近代的蒸汽機,再到現代的核電站,其實都是對能量的利用。然而在人類文明歷史上,人類發現,任何機器都需要從外界輸入能量才能保持做功。

因此,永動機的設想走向了科學界。在最開始人類設想的永動機中,物質循環一周恢復到最初狀態,不吸熱並且向外防熱或做功,這種機器不消耗任何能量,卻可以源源不斷地向外做功,而這種不需要外界輸入能量,或者只需要一個初始能量就可以永遠做功的機器,被稱之為第一類永動機。

早在數百年前,就有人試圖製造出這種永動機,然而直到2020年,這種永動機還仍未被製造出來。下圖是達文西所設想的永動機,在這個機器裝置中,達文西認為右邊的重球比左邊的重球離輪心更遠。

在兩邊不均衡的作用下會使得輪子轉動不息,然而結果卻不盡人意。達文西所製造的永動機,雖然右邊每個重物,施加於輪子的旋轉作用較大,但是重物的個數卻較少。因此,總會有一個適當的位置,使左右兩側重物施加於輪子相反方向的旋轉作用恰好相等,並且相互抵消。最終使輪子達到平衡而靜止下來。

隨著人類科學思想的進步,熱力學第一定律被提出,在熱力學第一定律中指出,物體內能的增加等於物體吸收的熱量對物體所做的功的總和,即熱量可以從一個物體傳遞到另一個物體,也可以與機械能或其它能量互相轉化。

但是在轉換過程中,能量的總值保持不變,其本質上就是能量守恆定律。因此,第一類永動機違背了熱力學第一定律,它永遠不可能被製造出來。因為它違背了宇宙最為必然的規律,因此,又有人提出了第二類永動機。

第二類永動機是一種能從海洋、大氣,乃至宇宙中吸收熱能的機械裝置,並將這些熱能作為驅動永動機轉動和功率輸出的源頭,這種從單一熱源吸熱使之完全變為有用功,而不產生其它影響的熱機稱為第二類永動機。

然而這種永動機也被證明不可能被製造出來。這種從單一熱源吸熱,使之完全變為有用功而不產生其它影響的熱機雖然並不違背能量守恆定律,但熱傳導的過程是有方向性的,這個過程可以向一個方向自發地進行。但是向相反的方向卻不能自發進行。

不可能從單一熱源取熱使之完全轉換為有用功而不產生其它影響,它違背了熱力學第二定律,因此無論是第一類永動機還是第二類永動機,都被證明不可能製造出來。

而按照我們如今的認知來看,在我們的宇宙中是不存在永動機的,然而我們對於能量的運用,還非常簡單。

整個宇宙對於人類來說太廣闊了,我們在整個宇宙的尺度下還很渺小,當我們能夠真正運用恆星的能量,乃至掌控一個星系的能量時,或許人類才真正走向了宇宙,走向了那無垠的深空。

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