為什麼說永動機不可能存在?因為宇宙總熵永遠是增加的

2020-12-03 天文同好樂園

人類對永動機的追尋自古就有,到了人類歷史上的工業革命時期尤甚。歸根到底,人類之所以痴迷永動機,是因為人類社會對能量越來越強烈的需求引起了對更強大能源的關注。世界上首次製造永動機的記錄是在8世紀的巴伐利亞,在其後的1000年中,不斷出現改良版的永動機,它們的基礎部分是一連串小磁鐵附在一個輪子上,就像一個摩天輪。輪子被安置在地面上一塊較大的磁鐵之上。當輪子上一塊塊的小磁鐵經過靜止的大磁鐵上方,就會被吸引,隨後被排斥,由此推動輪子,製造出永恆運動。

但眾所周知,儘管人類社會已經進入了科技高度發達的21世紀,卻始終沒有製造出一臺真正意義上的永動機,而謊言和騙局成了家常便飯,甚至連美國海軍和總統都曾上過一臺永動機的當(1881年,約翰·加姆吉發明了一臺液氨永動機,美國海軍和總統批准製造)。在18世紀至19世紀,隨著熱力學定律的誕生,以及物理學家玻爾茲曼和麥克斯韋開闢了物理學的新分支——統計力學,眾多物理學家的工作逐步澄清了永動機的本質——在物理學上是不可能的!

為什麼說永動機不可能存在?物理學家們將永動機大體上分為了兩類,第一種類型的永動機違反了熱力學第一定律,即它們產生的能量事實上比消耗的能量多。物理學家們發現,這一類永動機其實依賴隱藏的外部能量來源,有些是通過欺騙手段刻意隱瞞,有些則是發明者並沒有意識到外界能量來源的存在。

第二種類型的永動機更為精細,表面上它們遵守熱力學第二定律,理論上它們也不產生多餘的熱量,因此看上去是百分之百有效的。然而,熱力學第二定律表明,這樣一臺機器是不可能存在的,多餘的熱量必定會產生。因為宇宙中的無序和紊亂,或者說熵,永遠都在增加。無論一臺機器的效率有多高,它永遠都會排出一些多餘的熱量,從而更進一步提高宇宙的總熵。

宇宙總熵永遠在增加,這一事實是人類歷史的核心所在,同樣也是大自然的核心所在。根據熱力學第二定律,毀滅遠遠比建造更為容易。每當你照鏡子時看到一絲新的皺紋或者一根新的白髮,這其實就是熱力學第二定律所產生的效應。生物學家告訴我們,人體衰老過程是細胞與基因中遺傳誤差的逐漸積累,因此細胞的功能慢慢退化。所以,衰老、生鏽、崩裂以及坍塌,全部都是第二定律的示例。

天文學家亞瑟·愛丁頓曾經評價了熱力學第二定律意義深遠的性質:「我認為,熵永遠增加的定律在自然界的法則中具有至高無上的地位,如果你的理論被發現違背了熱力學第二定律,那麼你就毫無希望了!」但是,直到今天,仍舊有雄心勃勃的工程師以及聰明的江湖騙子不斷地宣布發明了永動機,他們說服了投資者為他們的所謂永動機投入大把大把的金錢。富有的投資者之所以被騙,是因為他們缺乏對基本物理知識的了解。

或許這並不令人奇怪,西方有一句古老的諺語——蠢人有錢留不住;西方還有另一句名言——每分鐘都有傻子誕生。

相關焦點

  • 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」。
  • 永動機:為什麼不可能被製造,但大自然卻存在?
    根據這兩大熱力學定律,讓我們來分析一下為什麼永動機是不可能被製造出來的。熱力學第一定律也就是能量守恆和轉化定律。物體或者是體系內,能量之間轉化和傳遞,肯定是保持不變的,有增加就一定有減少。也就是說單一能源想要完全轉化是不可能的,不就是會消耗,不就是需要別的能量助力。很多時候所謂的永動機看似能成功,只是我們被迷惑,沒有弄清真正的能源。冷靜仔細理清保持運作的能量來源,你就會發現能量來源並不止一種,並不符合第二類永動機的定義。早在1775年,法蘭西科學院就非常鄭重地通過一項決議,永遠不接受永動機的申請。
  • 因為「熵」的存在,生命有盡頭,宇宙也有盡頭,你知道什麼是熵嗎
    5億年前在遙遠的M742星系,曾有一個意識體向人類發出一個問題,「宇宙的終極」到底是什麼?熱力學第二定律可能量轉換永遠會產生熵,熵是什麼?這個概念異常強大,而且並不容易理解。19世紀初期物理學家們發現,世界運轉的動力是能量,並成功發現了能量守恆定律,即能量總和是不變下。但是伴隨的問題也一直無法被人類解決,那就是能量無法100%的轉化。一直到現在,人們嘗試了千萬種方法,也無法將能量損耗降為零,因此那些在轉換過程中流失掉的能量稱之為「熵」。換做說,世界上永遠不會存在永動機。
  • 永動機並不存在,那天體為何運轉不停,宇宙又為何恆久不衰?
    那麼,永動機真的不可能實現嗎?這是毫無疑問的事情,隨著熱力學定律的發現,人類已經徹底為永動機畫上了一個永遠的句號。所以一切的機器都不能夠實現將能源完全轉化為效率,我們總說提高機器的轉化效率,但這個效率永遠也不可能達到100%。無論是熱力學中所講的熵增原理,還是能量守恆定律都決定了無論是第一代永動機還是第二代永動機都是不可能實現的。
  • 宇宙中的「熵」到底是什麼?又是什麼能量控制著「熵」?
    這是一個每個人都知道,卻又不知道的問題。其實,不僅僅是生命。地球,乃至整個宇宙都是向死而生的,這是宇宙的基本定律。誰,都無法改變。曾有很多人有過這樣的疑問:「宇宙的終極到底是什麼?」其實沒有人知道,或許是在可觀測宇宙之外還有更大的宇宙。又或許有多元宇宙的存在,還有很多人認為,我們所處的宇宙僅僅是一個小的不能在小的細胞。
  • 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
    這促使人們思考:「是否存在一個普遍規律,無論利用什麼組合和結構,都不能無代價地獲得無窮無盡的可供利用的自然動力。」 1824年,法國青年工程師卡諾就利用「永動機不可能實現的」觀念研究了一種理想熱機的效率,這種熱機的循環過程叫做「卡諾循環」。
  • 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。
  • 有沒有可能,宇宙本身就是一臺永動機?
    永動機一直都是個熱門話題,當然它在科學界甚至都不會在正式場合予以提及,畢竟早在數百年前就已經被證明它不可能存在,熱力學第一定律告訴我們能量守恆,第二定律告訴我們孤立系統的熵永遠都不會減小,所以我們看到的永動機都各種設計極其精巧的大玩具,但不會從中輸出大於輸入哪怕是一焦耳的能量,
  • 熱力學第二定律被打破:打造永動機或成為可能
    熱力學第二定律從根本上為宇宙存在時間設定了極限,闡明了宇宙中的萬物為什麼終有一天會衰敗。)熱力學四大定律是我們宇宙的基本物理規則之一,19世紀中期由物理學家和工程師共同提出,他們希望這些定律有助於提高蒸汽機的效率。該定律解釋了溫度、能量和熵如何共同作用,創造和摧毀物質。宇宙中一切運動,從最小原子的產生到遙遠黑洞的崩潰,都受這四條定律的控制。
  • 宇宙的終極是熵?你知道熵是什麼嗎?
    宇宙的終極是什麼?所有的能訴諸於口的存在,似乎都會走向滅亡?無論是一個人,一棵樹,一隻兔子,還是一條河,一個星球,乃至一個宇宙,它們似乎最終都會迎來自己的終焉時刻。即人活著需要從食物中汲取能量,植物成長需要從光中獲得能量,而宇宙也在靠著暗能量飛速膨脹。但能量雖然是守恆的,它的轉換卻是缺失的。科學家做了無數次的嘗試,也無法將能量轉換的損耗降為0。它的體現就是,永動機被無數天才科學家嘗試製造。但卻無一例外全都失敗了,直到最後大家認定世界上絕不可能存在永動機。
  • 熱力學三大定律與熵
    考慮到宇宙的能量總和是一個常量,而每一次能量轉化,必然有一部分」有效能量」變成」無效能量」(即」熵」),因此不難推論,有效能量越來越少,無效能量越來越多。直到有一天,所有的有效能量都變成無效能量,那時將不再有任何能量轉化,這就叫宇宙的」熱寂」(Heat Death)。所以,熱力學第二定律的一個重要推論就是:熵永遠在增加。
  • 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!
    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。
  • 任正非為何總唱衰華為?因為有個魔鬼名叫「熵」
    熱力學第二定律告訴我們,在一個系統裡,無序性或者是說有序性的遞減是一種宿命,它是一個無法擺脫的類似於詛咒的東西。它有點像地球上的任何物體都沒辦法擺脫地心引力一樣。任何一個系統,都永遠受制於一種命運,那就是無序性,混沌性是它的歸屬。所以有時候熵也被稱為熵死,死亡是最終的歸宿。叔本華說:人一出生就開始了死亡的進程。
  • 為什麼「永動機」永遠都不可能造出來?
    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。
  • 永動機 600 年,為什麼21世紀還有人相信這樣的龐氏騙局?
    法國科學院解釋說:「永動機的建造是絕對不可能的,即使中間的摩擦和阻力不致最終破壞原來的動力,這個動力也不能產生等於原因的效果;再如設想動力可以連續起作用,其效果在一定時間之內也會是無限小。如果摩擦和阻力減小,初始的運動往往得以繼續,但它不能與其他物體作用,在這種假設(自然界不可能存在)中,惟一可能的永恆運動對實現永動機建造者的目的將毫無用處。
  • 地球已經旋轉了大約46億年,但它不是永動機,永動機不可能存在
    地球已經旋轉了大約46億年,但它不是永動機,永動機不可能存在永動機在科學意義中,屬於永恆運動,它無需外界輸入能量或者說僅需一個初始能量就能永遠持續運動。引來眾多科學家的探索與科研,最終皆以失敗告終,這是因為該機器違反了能量守恆定律,既然永動機無法存在,那麼,地球為什麼可以運動了46億年之久呢。
  • 在不可能中尋找可能
    如果用英國科幻作家亞瑟·克拉克的話說:「如果一個年高德劭的傑出科學家說,某件事情是可能的,那他可能是對的;但如果他說,某件事情是不可能的,他很有可能是錯的。》,在書中,他將「不可能」分成了三個等級,永動機就屬於最高的那一級。
  • 在不可能中尋找可能
    如果用英國科幻作家亞瑟·克拉克的話說:「如果一個年高德劭的傑出科學家說,某件事情是可能的,那他可能是對的;但如果他說,某件事情是不可能的,他很有可能是錯的。」 2008年,著名理論物理學家加來道雄出版了科普著作《不可能的物理》,在書中,他將「不可能」分成了三個等級,永動機就屬於最高的那一級。 幾個世紀以來,大型永動機一直是許多科學家和發明家的終極夢想之一。
  • 宇宙中的熵到底是什麼?為什麼熵只會增加不會減少?
    於是有科學家提出了熵,用這個名詞來解釋宇宙的奧秘似乎也沒什麼不妥,但當時熵只適用於熱力學,它解釋了宇宙的混亂程度,而道家的道又認為宇宙是有其一定規律可言的, 這好像有點矛盾,但仔細想想