美發明家設計出「萬年時鐘」，不需外力能用一萬年，原理是什麼？

2020-09-07 趣味探索

不論你在做什麼，是在工作和學習，還是在打遊戲和睡覺，時間總向同一個方向不停流逝，永不會停止，而鐘錶是用來記錄時間流逝的一種工具，在21世紀今天，時鐘應用可以說是非常廣泛，人造衛星，太空飛行器，太空望遠鏡，手機，電腦等等都內置了時鐘，時鐘能讓我們合理安排時間，準確告訴我們，現在應該去做什麼事情。

在日常生活中，一塊手錶使用時長一般不超過15年，就算再精密手錶使用年限不超過30年，而手機應用時長就更短了，因為碎屏和更換新機的原因，大多數手機使用一般不超過3年，但是現在有一個名為「萬年時鐘」的機械時鐘據說可以在不需要更多外力的情況下使用10000年，它的原理是什麼？

「萬年時鐘」由美國發明家丹尼·希利斯（Danny Hillis）於1986年提出構想，世界首富傑夫·貝索斯（Jeff Bezos）的貝索斯探險隊（Bezos Expeditions）出資4200萬美元，由Long Now Foundation按設計製造，首臺原型時鐘已在20世紀末首次亮相，直徑約兩米，1999年12月31日開始工作。2000年1月1日0時，即跨年時刻，日期指示器從01999更改為02000，鐘聲敲響兩次。

如今，首臺原型時鐘存放在英國倫敦科學博物館，它既被看成是一項超長科學實驗，旨在測試時鐘內部機械零件耐力，將會創造吉尼斯紀錄，未來它又可能被當作一個20世紀古董，如果沒有其它特殊的原因，它將一直被存放在倫敦科學博物館中，千百年後繼續存在。

事實上「萬年時鐘」並非只有一臺，截止2018年6月，美國舊金山梅森堡中心的Long Now Museum＆Store存放了一臺原型機，美國內華達州伊利市附近的華盛頓山頂的Long Now Foundation也存放了另一臺原型機，位於海拔3000米高度上。

可能有不少懷疑，上「萬年時鐘」真能持續運行1萬年嗎？如果真如設計者所說能夠運行1萬年，那麼「萬年時鐘」將成為歷史最悠久的高科技歷史文物，我們來了解一下「萬年時鐘」內部的工作原理。

為何「萬年時鐘」被認為能運行10000年，原理是什麼？

最初，希利斯考慮將電源作為「萬年時鐘」的動力，就像1840年開始實驗的「牛津電鈴」一樣，180年後的今天電鈴仍在敲擊，繼續幾百年應該不成問題，但仍然無法能夠讓時鐘運行一萬年，由於無法滿足要求，這套方案很快被拒絕。

隨後，希利斯考慮了核電和太陽能系統，被稱為核電池的放射性同位素熱電發生器（RTG）是現在最先進核電池技術，RTG內部存放半衰期87.7年的「鈽-238」氧化球，每過去87.7年，鈽-238減少一半，幾百年就基本沒電了，要知道旅行者1號上同位素熱電發生器（RTG）42年過去了電力剩下不到一半。而作為綠色能源的太陽能電池板系統就更不靠譜了，一般壽命只有20年，最多不超過50年，根本無法作為「萬年時鐘」的動力系統。

最後，希利斯決定使用巧妙方式來給「萬年時鐘」來提供永久動力，設計出一種能夠膨脹或收縮的氣密箱，它能根據每日溫度變化和大氣壓力變化來獲取能量，只需要晝夜溫差變化超過6攝氏度，那麼就可以創建足夠壓力，產生出相當於0.113焦耳能量，足夠每天運行所需能量，所以「萬年時鐘」能獲得源源不斷動力，被物理學家認為能使用10000年。

然而這個世界上沒有物品是不壞的，一輛汽車裡程60萬公裡，但中途要經過多次維修，「萬年時鐘」也是如此，在未來1萬年時間裡不可能不需要維修，在設計之初，專家預計它需要定期進行人工維護，所以留下了人工上弦埠，不過這種方式至今還沒有被使用過。

為了能讓「萬年時鐘」安全地持續下去，對設計提出了幾點非常特別要求，首先，時鐘內部沒有非常貴重零件，例如珠寶，貴重金屬或特殊合金，因為這樣很容易被某些居心不良的人惦記，存在肯定長久不了，其次，時鐘的運行機制便於被人所理解，方便子孫後代去維修和維護。有趣的科學探索內容請關注唯一微信公眾號：有趣探索

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