為什麼人類永遠也造不出永動機?科學家:熱力學定律不允許!

2020-12-03 科學新視界

有沒有永動機?在熱力學定律提出前,無數的科學家都向通過自己的努力製造出一種永動機。熱力學定律提出後,科學家們知道永動機只是一個夢,都知道在現有的科學框架內我們是無法造出永動機的,當然,除了廣大民科以外。

那科學家們關於永動機的探索有著怎樣的發展歷程呢?

公元1159年,一位叫做巴斯卡拉·勒尼德的數學家畫了一張機器的的設計稿,這是人類有史以來發現的第一個關於永動機的機器。從圖中我們可以看出,十多個封閉的弧形槽內間隔著裝上液體,組成了一個可以轉動的圓盤。隨著圓盤的轉動,液體將逐漸流向每個水槽的底部,這樣就很自然的使圓盤的一邊永遠比另一邊要重,在引力的作用下,就可以永恆的運動了,這就是永動機的最初雛形。

當時的科學家們認為,這種機器可以在不藉助外部能量的情況下永遠運動下去。那這真的可能嗎?

這裡我們暫且相信永動機是真的存在的,於是人們又提出了幾種可能的永動機模型。發揮我們的想像力,你能想到哪些可能的永動機模型。

風車自己產生自己旋轉所需要的風力;一個燈泡發出的光被吸收轉化後形成可以點亮自己的動能;一個水力發電機發出的電能讓自己循環工作。還有更多可以提出的設想,但是我們這裡需要仔細思考,這真的對嗎?

我們不得不承認這些物品真的很有想像力,但是很遺憾,它們全部不管用,以上所有關於永動機的設想都是不對的,都違背了現代物理學中的熱力學定律,有的違背了一條,有的甚至違背了兩條。

熱力學第一定律:能量不會憑空產生,也不會憑空消失,他們只能相互轉化。當我們輸入一定數量的能量後,我們只能得到少於這個數量的能量。這個原理直接排除了第一類永動機,因為任何機器產生的能量都不能多於它自身所消耗的能量。

對此大家可能會不信邪,可是歷史上已經有無數的科學家們提出了無數的想法,可是最後都被熱力學定律無情地擊敗了。

17世紀時,物理學家羅伯特·博伊爾提出了一個關於「自流瓶」的想法,他認為在毛細管效應的作用下,我們可以通過毛細管讓水在這個容器中無限循環。但是這裡羅伯特·博伊爾沒有考慮到這點,如果毛細管的作用力比重力還要大的話,這個力也會阻止水流從細管中流回到容器。

所以,為了讓永動機永遠運動下去,我麼必須要持續的輸入外部能量,而這又與永動機的設計理念相違背了,就算不上永動機了。

所以從這個角度來講,就算工程師真的能夠造出一種不違背熱力學第一定律的的機器,它也會被熱力學第二定律給打敗。

熱力學第二定律很多表達方式,如克勞修斯表述,開爾文表述和熵表述,這些表述方式雖然不一樣,但是本質上是一樣的,而且克勞修斯表述和開爾文表述可以相互推出。我們從開爾文表述可以知道到:不可能製成一種循環動作的熱機,從單一熱源取熱,使之完全變為功而不引起其它變化。這是從能量消耗的角度說的。開爾文表述還可以表述成:第二類永動機不可能實現。

熱力學第二定律適用於目前人類已知的任何場景,就算在真空中也完全使用。

可以這麼說,這兩條熱力學定律已經將所有關於永動機的想法都扼殺掉了,不僅如此,那些用少數能量換取多數能量的美夢也全部破碎了。

當然了,這裡有一點是需要特別說明的:「我們永遠也無法發明出永動機」這一觀點是基於現有的科學邊界提出的,在現有的科學框架內這句話是對的。但是未來誰也說不準,也許1000年後熱力學定律會被證偽,也許那時候的人類就能夠發明出永動機了,但是小編不抱希望。

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    為什麼科學界會認定,永動機不可能造出來呢?很久以前就有人對永動機感興趣,甚至連達·文西都做過類似的工具。在中世紀,由於沒有煤炭、石油等現代燃料可供應用,人們設計的永動機大多是個純機械工具,比如在一個轉輪上設計不同長度的懸臂,想讓轉輪一直轉下去,結果所有的工具最終都以失敗而告終。
  • 永動機為何不可能造出來?
    事實上,很多國家都有類似的禁令,或在專利機構,或在科學主管機構,比如法國科學院早在1775年就宣布不再刊登永動機的通訊論文。為什麼科學界會認定,永動機不可能造出來呢?很久以前就有人對永動機感興趣,甚至連達·文西都做過類似的工具。在中世紀,由於沒有煤炭、石油等現代燃料可供應用,人們設計的永動機大多是個純機械工具,比如在一個轉輪上設計不同長度的懸臂,想讓轉輪一直轉下去,結果所有的工具最終都以失敗而告終。之所以中世紀的人們會相信一個機械可以不靠外部能量和力量永久轉下去,是因為當時熱力學第一定律尚未形成。
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    我們繼續解讀加來道雄在這本《不可能的物理》的最後一部分。那就是「三等不可能」的科技,它們違反了人類已知的物理定律。實際上,作者加來道雄認為,因為違背了已知的物理定律而被認為幾乎不可能實現的科技很少,在這本書裡他一共只列出了兩個話題:一個是永動機,一個是預知未來。
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  • 永動機不可能在我們宇宙中存在,人類永遠無法製造它
    但是我們必須要指出,永動機不可能在我們宇宙中存在,人類永遠無法製造它。這是經過科學家通過實驗、理論得出的結果。在早期,人類對於永動機的定義是某物質循環一周回復到初始狀態,不吸熱而向外放熱或做功,這種機器不消耗任何能量,卻可以源源不斷的對外做功,這叫「第一類永動機」。
  • 永動機不可能在我們宇宙中存在,人類永遠無法製造它
    但是我們必須要指出,永動機不可能在我們宇宙中存在,人類永遠無法製造它。這是經過科學家通過實驗、理論得出的結果。 在早期,人類對於永動機的定義是某物質循環一周回復到初始狀態,不吸熱而向外放熱或做功,這種機器不消耗任何能量,卻可以源源不斷的對外做功,這叫「第一類永動機」。
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    什麼是永動機:一種不消耗任何能量、卻可以源源不斷地對外做功的機器叫永動機。許科學家都希望設計永動機,即使他們很多人都知道這違背科學原理但仍堅持不懈的誇大其詞投入物力人力財力這是為什麼?人生在世一為錢,二為名就這麼簡單、現實。
  • 科普知識:人類能製造出永動機嗎?
    作者:賀俊傑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。
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  • 永動機真的不存在嗎?如若不存在,為什麼科學家還在研究它?
    引言:人類的一切活動都需要能源,地球與日俱增的人口數量使得我們可以利用的資源越來越緊張。在開發新能源的同時,一些人卻依然在研究與「永動機」類似的課題,早在達文西時期就已經證明了永動機是不可能實現的,為何他們明知不可為而為之呢?還是說,他們是另有目的?
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    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。
  • 世界上沒有永動機,地球卻自轉不停息,這是為什麼?
    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?
  • 為什麼「永動機」永遠都不可能造出來?
    而且,在此基礎上,科學家們提出了一種定律,就是我們現在經常說的能量守恆定律。當然,前面提到的永恆運動,不是一種機械裝置,而是一種現象,不需要做功卻能永遠運動下去。這樣,就會使輪子永遠轉動下去。在製造的時候,人們以為肯定不會有任何問題,輪子肯定會轉動起來。但是,真正製造出來後,卻發現輪子並沒有轉動,很多發明家都不知道問題出在哪兒了。為什麼會這樣呢?下面我們就來分析一下:雖然,輪子右邊的物體總是離輪子的中心比較遠, 但是右邊的物體數量比左邊少。
  • 熱力學第一定律(1)
    將能量守恆定律應用到熱力學上,就是熱力學第一定律。課上講了,熱力學第一定律有三種表述:封閉系統發生狀態變化時其熱力學能的改變量等於變化過程中環境傳遞給系統的熱及功的總和。任何系統在平衡態時,有一狀態函數U,叫熱力學能。第一類永動機不可能。第一種很好理解。能量守恆和定量轉化嘛。
  • 永動機真的需要能量不守恆嗎?
    上篇講了神奇的黑洞,打破了人類所認知的所有物理定律和原理,當然,也包括能量守恆定律和熱力學第二定律在內,這是不是為人類發展「永動機」提供了另一條思路呢
  • 熱力學基本定律否定了永動機,那地球自轉了46億年怎麼解釋?
    熱力學基本定律自從提出之後,就沒有不遵守它的事物,而它也從理論上否定了永動機的存在。可地球自轉了46億年,這怎麼解釋,它是我們要找的永動機嗎?熱力學基本定律是現代科學中的鐵律之一,起碼到現在為止,我們還沒有發現有事物能違背它們而存在,世間萬物都遵守這一定律。熱力學第一定律就是能量守恆定律,直接說出了能量不會減少,只會通過轉化以另一種方式存在,這和永動機不消耗能量運動的屬性相悖。
  • 為啥人們努力900年,還是造不出來永動機,因為它違反了宇宙法則
    1847年,德國科學家亥姆霍茲發表了著作《論力的守恆》。他提出一切自然現象都應該用中心力相互作用的質點的運動來解釋,由此證明了活力與張力之和對中心力守恆的結論。這個時候熱力學第一定律也就是能量守恆定律已經有了一個模糊的雛形。