天天热点！都说没有永动机，但小到原子大到宇宙都在运动，如何解释？

来源：宇宙探索　2023-04-03 10:35:23

望文生义要不得，永动机不是简单的多动症。

它首先得是一只鸡，喔不，是一台机器！更具体的说，它得是一台 能对外做功 的机器。比如，能给手机充电，能让汽车动起来等等。

为什么西方历史上，许多最聪明最有才华的人都为永动机的构想着迷，为此掉光了头发都不后悔？又是为什么西方多个国家的专利局后来都发布规定， 不再接受任何永动机专利的申请？

让我们看看原因。

(相关资料图)

工业革命的起点是蒸汽机，也由此拉开了发明永动机的浪潮。

蒸汽机很好用，唯一的毛病是要烧煤。

图示：初代蒸汽机，由托马斯·纽科门制造。瓦特只是改良了纽科门蒸汽机，并非发明了蒸汽机。

随着蒸汽机的普及，有人开始想，这东西虽然好用，但要源源不断的烧煤，煤可是要钱的啊，更不用说还产生大量煤烟污染了，所以 有没有一种不需要烧煤就能自己动起来的机器呢？ 这难道不是又要马儿跑，又要马儿不吃草的翻版么？对的，史上 第一类永动机 的琢磨者，考虑的就是发明这样一台神奇的机器， 它不需要从外界输入任何能量，但却能向外界不断地输出能量 。所以别说烧油或者用电这样的答案了，它们都不符合第一代永动机发明者的愿望。

第一代永动机的尝试

图示：重力永动机，法国人亨内考想象中的魔轮。

聪明人最先想到的就是巧妙地 利用地球的引力 ，制造出可以 源源不断向外输出能量 的永动机。法国人亨内考构想出的魔轮，启发了许多人的脑洞，他们不断地改进亨内考的设计，想制造出 实用的重力永动机 ，但毫无疑问他们全都失败了，最初他们将失败归因于技术水平问题，摩擦力太大问题等等，但当热力学第一定律问世后，人们霍然发现，这类永动机注定了失败，是因为它 违背了能量守恒定律！当一个物体从高处落下后，它就不可能自己回到高处 。从高处落下释放能量同时就意味着回到高处需要能量。

图示：水电站就是利用重力发电的机器，当水从高处流下时释放的能量推动发电机运动，生成电能。那么为何流到低处的水，又会再次回到高处呢？那是因为太阳将水蒸发到天空，通过降雨的方式，让水又回到高处，因此生生不息，总之需要从外界输入能量。

当然，理论上，如果能将魔轮上高处落下的摆锤，释放的能量全部转变为推动它上升的能量，那么它就可以永动，但首先这种永动毫无价值，其次要想让能量无损耗的转换，也是不可能完成的任务。但更重要的是，设计永动机的目的是想从运动中向外输出能量，如果做不到这一点，那么就毫无意义，还不如直接玩牛顿摆，这东西只要给它一个初始的起动力，它就可以动很久，如果在真空中玩这个游戏，那就可以动得更久了。

图示：热力学第一定律的另外一个简单表述就是第一类永动机是不可能制造出来的。即不从外界输入能量，但却能源源不断地向外界输出能量的机器是不可能的机器。

第二代永动机，向大海要能量

当热衷于永动机的人逐渐接受了热力学第一定律：能量守恒定律后，简单利用地球引力的永动机就被放弃了。但有人想到了一种新的永动机类型， 这种永动机在理论上已经不可能永动，但它们如果实现了，也能提供非常庞大的能量，同时还不违背热力学第一定律， 因此也被称为“永动机”。比如，将大海的温度降低一摄氏度，释放的能量就非常可怕了，那么有没有办法设计一台机器，直接利用海水的温度中蕴藏的能量，来实现永动呢？

历史上有一个叫 嘎姆吉 的工程师尝试发明第二类永动机，在他设计的图纸中，他打算 采用液氨来完成这个任务 ，中心思想很简单，液氨在海水的温度下，变成气体，于是推动轮船前进，然后气化的氨又变成液氨，实现永动的循环。在这个过程中，气化液氨的能量来自大海的热能，理论上说这将让大海的温度稍微降低一点，但考虑到大海如此广大，所以可以认为这一点点能量损失，压根不需要认真对待。至于为什么选择液氨，是因为在当时的技术条件下，制造液氨不太困难，液氨的沸点是-33.5摄氏度，海水只要没结冰，温度肯定高于-33.5摄氏度。

但是这个设计还是失败了，因为这位工程师没有想到一个关键问题，那就是气化的氨要怎么才能重新液化呢？这意味着你需要给它提供一个温度低于-33.5摄氏度的环境，它才能重新变成液体呀！

后来热力学家发现，任何想利用热能来做功的机器，都可以统称为热机。而热机能够做功的关键是温差，即 一定要有两个热源，一个高温热源，一个低温热源 ，而人类设计的机器，只是巧妙的将两个热源联系在一起，利用热量从高温向低温流动的过程中，截获一部分来做功。因此，任何单热源向外做功的热机都是不可能制造出来的。虽然大海和空气可以看成两个热源，但这两个热源的温差实在太小，很难被人类设计的机器的加以利用，更无法被液氨这样的物质加以利用。此类型的永动机，后来被统称为 单热源永动机 ，即试图从某个热源获得能量，但却没有真正的第二个热源来获得温差，没有温差，就没有热量的流动，也就无法对外做功。