世界上沒有永動機,地球卻自轉不停息,這是為什麼?

2020-12-22 科學信仰孫晨

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

永動機可以說是人類科學發展史上的一場悲劇。

之所以這麼說,是因為永動機浪費了太多發明家和科學家的時間與經歷,很多人窮盡一生致力於永動機的研究,卻最終只證明了永動機不可能存在。為什麼會有這麼多的人耗費畢生的經歷去研究永動機呢?

其實原因很好理解,因為這真的是一種不得不研究的東西,試想一個機器不需要外界輸入能量就能夠一直運動下去並且對外做功,如果人類有了這樣一臺機器,那麼就能夠實現很多難以實現的夢想,更能夠帶來重大的經濟效益,只可惜永動機的研究從本質上就錯了。因為一切的科學本質上都是對宇宙規律的探索和總結,但是永動機卻試圖發明出一種「規律」,這是人類所無法做到的。

雖然在歷史上因為永動機的研究而有諸多科學家做出了犧牲,這裡所說的犧牲指的主要是時間和精力的消耗,但時至今日,仍然有很多人不願意相信永動機不可能製造出來,他們會試圖舉出一些永動機存在的例子,而其中最常被提及的一個就是地球的自轉。

地球自轉表面上看起來的確是一個永動機,但事實上卻存在著誤會。我們首先必須要搞清楚永動機的概念是什麼。永動機絕不僅是字面上的意思,並不是永遠運動的機器就是永動機。通常是所說的永動機有兩類,第一類永動機是指不需要外界輸入能量,就能夠對外做功的機器,這違反了熱力學第一定律,也就是能量守恆定律。一個物體要對外做功,就必須要對外輸出能量,而只有向外輸出能量,而沒有向內輸入的能量來源,這顯然不符合能量守恆。

第二類永動機指的是在單一熱源的情況之下,能夠吸收熱量並全部用來對外做功且不引起其它變化的機器,這又違反了熱力學第二定律。

為什麼第二類永動機也不可能實現呢?舉個例子,比如第二類永動機的代表「零發動機」,這個東西從海水中吸收熱量將液氮氣化,推動機器運轉。然而熱傳導是具有方向性的,只能向一個方向自發進行,而不能向相反的方向自發進行,所以氣化後的液氮在沒有第二個低溫熱源的情況下,無法重新液化,也就無法實現循環。明白了永動機是什麼,也明白了第一類永動機和第二類永動機為什麼不可能實現,我們現在可以回過頭來看一看地球的問題了。表面看起來地球的確是在不停地自轉,但一個關鍵的問題被忽視了。

地球雖然在不停自轉,但是地球自轉的過程並沒有對外做功,僅這一點,地球就不符合永動機的定義。

要讓一個物體單純的不間斷運動而不對外做功,在理論上是很容易做到的。一個物體只要在一個沒有任何阻力的介質中運動,那麼它就能夠一直保持原有的運動狀態不變,但這並不是永動機,因為它沒有任何意義,因為要讓它對外做功,就必然會對其施加阻力,那麼它的運動就會減慢直至徹底停止。

首先,地球的自轉不對外做功,這是不符合永動機的第一點。其次,地球的自轉並不是無緣無故的。包括地球在內,宇宙中所有的天體幾乎都存在著或快或慢的自轉,但自轉並不是無緣無故開始的。那麼地球為什麼會自轉呢?

地球並不是從一開始就存在於宇宙之中的,地球的形成是在46億年以前,它的前身是原始的星雲物質。

星雲物質旋轉凝聚最終形成了地球這樣一顆行星,而這些塵埃物質具有一個角動量,而地球的自轉就是角動量守恆的結果。當然,這是關於地球自轉的一種說法,還有一種說法認為地球的自轉和太陽風有關,太陽風是太陽上層大氣射出的等離子體帶電粒子流,這些強大的太陽風從地球側面吹過,就給地球施加了一個推力,無論是哪一種原因,可見地球的自轉都不是在沒有能量輸入的情況下自發形成的,所以地球不是永動機。

永動機違反了熱力學第一個第二定律,這註定了永動機不可能存在。如果說真的造出了永動機,那麼就等於推翻了熱力學第一和第二定律,而在我們的身邊涉及到熱力學的物品多如牛毛,如果推翻了熱力學定律,就說明冰箱、空調、汽車內燃機以及火箭推進器的發明都只是特定情況下的巧合,所依靠的內在原理是錯誤的,那麼你還敢坐汽車嗎?

相關焦點

  • 如果永動機不存在的話,為什麼地球能自轉這麼久?
    所謂永動機,是一種可以進行永遠運動的機器。但是稍微對永動機有所了解的朋友都應該知道,根據目前人類的科學技術條件,永動機這種可以進行永遠運動的機器是不可能實現的。因為根據熱力學第一定律,永動機的存在是不被允許的,在一個孤立的系統中,其系統總能量是不會發生改變的。
  • 地球是永動機嗎,否則其自轉動力哪裡來,會一直轉下去嗎?
    地球當然不是永動機,這個世界上沒有永動機,永動機是違背能量守恆定律的妄想。簡單地說,地球自轉的動力來自四個方面,即:萬有引力是根源,娘胎裡帶來天生的,後天環境造就,慣性運動的結果。先說說萬有引力這個根源。
  • 地球轉了46億年,它是不是一個「另類」的永動機?
    即使地球轉了46億年之久,它也不是永動機!自46億年前地球誕生至今,它一直在圍繞著太陽公轉,同時也在繞著自己的自轉軸自轉,不然就沒有如今的四季輪迴和晝夜更替。這就讓很多人心生疑問了,既然地球已經不停歇地轉了46億年之久,而且當前仍在高速運轉,那麼它是不是一個「另類」的永動機呢?最早提出永動機想法的國家是印度,此後世界上有不少科學家、物理學家以及機械師等名人都曾嘗試設計製造過永動機,不過結果均以失敗告終。永動機為什麼造不出來?
  • 地球自轉46億年都沒停下來,是什麼力量在推著地球轉?
    隨著人口增多,地球出現嚴重的能源危機,為了解決能源危機,人類幻想能夠發明一種不需要能量就可以對外做功的機器,這種機器被命名為永動機,千百年來人類為了發明永動機,嘗試了可以嘗試的各種方法,但是都沒有成功,後來隨著科技的進步,人類才發現永動機根本不可能存在,也不可能被製造出來,因為自然界的任何物體都遵守質能守恆定律
  • 為什麼地球可以無限轉動,而人類卻造不出永動機?
    永動機是我們夢想中的一種機器,在人們的想像中,永動機可以不需要外界輸入能源和能量,只靠無限的運動就能產生能量的機器。很多人都製造過永動機,比如13世紀的時候一個法國人提出要做一個轉動軸在中間的輪子,在輪子上安裝小鐵球,用小鐵球的運動轉動整個機器的裝置,著名藝術家和科學家達文西也做了一個這樣的裝置,最後卻都以失敗告終,後來也有很多人試圖以各種各樣的方法造出永動機,卻都沒有實現過,因為這本身是不可能實現的,違反能量守恆定律,即能量並不能憑空產生,所有它是不可能被造出來的。
  • 一直說潮汐力在減緩地球自轉,為什麼現在地球自轉卻加速了?
    在宇宙中天體的運動是非常具有規律性的,就拿地球來說,它每天都會沿著自轉軸轉一圈,周期大約是24小時,每一個回歸年,也就是今年的春分點到下一年的春分點,周期大約是365天。如此往復周而復始,在我們的有生之年,這樣的規律是不會發生大的變化的。但是地球的自轉、和公轉並不是一個不變的常數,這也是為什麼我要用「大約」的原因。
  • 宇宙內沒有永動機,那麼地球依靠什麼動力,運轉了46億年?
    地球上沒有永動機,為何它能轉動46億年,背後是什麼動力?現如今的地球和之前地球有很大不同,環境的汙染和溫室效應的變化,都對這個地球造成了很大傷害,從發展科技開始,人類就一步步索取地球上的資源,資源的索取讓地球已經慢慢開始「空蕩蕩」,再也經受不住人類的「折騰」,現實就是這麼殘酷的,人類怎麼對待地球,地球就會怎樣對待人類,現在氣溫一直是直線升高的狀態,簡直是一個天然的大蒸籠。
  • 為什麼我們看不到地球的自轉?
    為什麼我們無法觀察到地球自轉?這原因就像你無法看到腕錶上的分針轉動一樣。對於我們來說,它轉動得太緩慢了(但也僅僅是剛剛緩慢到難以察覺)。我們知道潮汐是由於太陽和月亮的重力牽引造成的,天文大潮出現在太陽、地球和月亮排列呈直線時,例如對稱地在地球兩側(即新月時)。但如果你觀察潮汐,你會發現最大潮並不會出現在太陽在頭頂(同時月亮在腳下另一側)時,而通常會出現在這之前和之後6個小時。造車這一時間差的原因:地球自轉。最後一個例子,傅科擺是觀察地球自轉的簡單方式之一。
  • 地球自轉466米/秒,為什麼在地球上感覺不到地球在轉?
    地球就是繞著太陽在公轉的,公轉周期大概是365天左右,也就是1年。同樣地,其實太陽也在繞著銀河系的質心公轉。太陽的公轉速度大概是240千米/秒,公轉的周期大概是2.5億年。同樣地,銀河系也並非是不動的,銀河系也在繞著本星系群的質心運動,速度大概是千米/秒。
  • 地球自轉速度每秒466米,為什麼地球上的人類一點都感覺不到?
    我們很容易發現,在宇宙中的天體大多數都是在自轉的,小到普通的衛星,比如:月球,大到銀河系都是如此。而且這種「轉」不僅有自轉,同時還有公轉。那麼問題來了,地球自轉的線速度可以達到466米/秒,為什麼在地球上的人感覺不到地球在轉? 天體為什麼都在轉?
  • 自轉一周24小時,那麼升空100M不動!12小時後就能到地球另一邊?
    理論上來說這個結論一點毛病都沒有,但實際操作起來似乎有些困難!很多朋友就會問了,跑起來很累,那就不能站著不動嗎?甚至還可以躺著,不是有句話叫做「舒服不如躺著」嘛!這也不行?還真不行,因為我們已經被地球帶著跑了,無論你是願意還是不願意,在地球,只要不在兩極就在460M/S-0這個不等的速度跟著地球自轉在不停的運動,而且永不停息!1670KM/H也就是差不多460M/S,已經遠超音速了,但我們卻什麼感覺都沒有!即使開輛汽車也早已呼呼風聲了哈....為什麼呢?這是因為地球表面的所有物質,包括大氣層等都隨著地球轉動大致跟隨的!
  • 地球為什麼會自轉?自轉靠的什麼力量?原來宇宙中有個奇妙的定律
    地球為什麼會自轉呢?感覺這個話題很籠統,確實也有點不好回答。據不可靠傳說,大物理學家牛頓,就是被「地球為什麼會自轉」給逼瘋的。其實,關於地球為什麼會自轉,可能是因為宇宙上的一切都在自轉吧,比如,太陽也自轉,月球、銀河、八大行星等也都有自轉,並且有人推測宇宙也在自轉呢,而這些都和天這和天體的形成過程有關。所以,由於宇宙中所有的天體都有自轉,那地球要是沒有自轉,反而會非常奇怪呢。
  • 地球自轉的動力來自哪裡?為什麼可以一直轉?值得人們探索!
    地球的自轉是來自月球的引力,為什麼我們只能看到月亮的一面而看不到另一面,為什麼大海會有潮起潮落,為什麼我們的地球不是完全正轉而是有23.5度的夾角,它正是受到了月亮引力的結果。月亮就像我們電機中的電磁場,地球就像轉子,只要月亮在地球永遠轉動。
  • 「趣談」永動機為什麼無法「永動」?
    永動機夢想歷史悠久傳說,永動機的想法起源於印度,後經過伊斯蘭世界傳到了西方。在歐洲,早期最著名的一個永動機設計方案是13世紀時一位叫亨內考的法國人提出來的,後來文藝復興時期義大利的達·文西也設計過類似的永動機模型,但是這類試圖打破槓桿平衡原理的設計都沒有成功。
  • 地球無時無刻不在自轉,為何人類感受不到?其實這3點早已體現!
    人類從誕生的時候,就天天看著日月星辰的變換,但是古人卻不知道為何會有如此變化,於是幻想出了神話故事來解釋這一切,如今科學的發展給我們揭示了日夜交替,鬥轉星移的原因,事實上我們所處的地球無時無刻都在自轉,但是我們生活在地球上卻無法直接感覺到,這是為什麼呢?
  • 減速50年,地球如今卻開始加速自轉!計算機有點吃不消
    地球繞軸自轉是近代人類天文學上的重大發現,而現在這一現象已經成為全人類認可的事實。 我們將地球相對於太陽自轉一圈所需的時長稱為一天,而一天一般被認為是24小時或86400秒。 但人類的曆法所記述的時間其實並不完全準確,一天也並不總是24小時,因為地球的自轉速度並不恆定。 上世紀以來,人們發現地球的自轉速度一直在減慢,這可能是因為月球的潮汐作用,它會讓地球「剎車」。
  • 地球在飛快的自轉,每秒鐘463米超過音速,我們為什麼感覺不到
    也許你會覺得很奇怪,明明我們坐在地上是不動的,怎麼會日行八萬裡呢?原來地球是在不停的自轉的。而且地球的自轉速度是非常快的。地球自轉一周的時間大約是24小時(準確的是23小時56分4秒)。地球的赤道周長大約是4萬公裡,因此我們可以計算出地球在赤道上的自轉速度達到了每小時1667公裡,即每秒463米。
  • 地球每天都在轉,動力從哪裡來的?聽聽科學家的解釋
    地球每天都在轉,動力從哪裡來的?聽聽科學家的解釋文/圓非日月不少人都曾看過雪國列車這部電影,劇情細節暫且不談,相信這列火車上的永動機,肯定給大家留下了深刻的印象,當時圓非日月就沒有搞懂,不知道這臺永動機是如何製造能量的?
  • 地球以465米每秒速度自轉,懸停半空的飛機,為啥不被甩在身後?
    我們的地球時刻處於不斷運動的過程中,地球自轉一圈的時間為24個小時,如此大的星球僅僅這點時間就能完成自轉一周可想而知地球的自轉速度是有多快。地球地球自轉速度如此之快為什麼我們沒有明顯感覺呢?那是因為地球對於人類來說實在太大了,我們很難去尋找一個有效的參照物來發現地球的自轉運動。
  • 永動機:為什麼不可能被製造,但大自然卻存在?
    人們為什麼會想要製造永動機呢?原因很簡單。如果不用自己動手還不用消耗其他能源,就可以源源不斷地獲取能源,何樂而不為?畢竟能源是人類之間爭奪和戰爭的最重要原因。如果永動機是可以被發明的,相信現在的世界將會和平得多,人類的生活質量也將上升好幾個檔次。