人类社会每前进、发展一秒钟都会消耗大量的能量,能量是整个社会的助推器,没有它一切都会陷入停滞。
你的一瞥一笑、你的每一个动作都是那么的迷人,这个迷人的背后其实就是你对能量的消耗,所以说美来自于能量。
你想要在空间中发生移动,就需要走路、骑自行车、坐汽车等等不同的交通方式,它们能够带你前进的动力也是能量在背后的推动,所以说生活的便捷来自于能量。
不仅仅是人类,整个宇宙每时每刻都在消耗着能量,你看看太阳,每秒钟释放的能量相当于几百亿吨煤炭燃烧的热量,而且在宇宙中还存在着比太阳大得多的恒星。
它们一起点亮宇宙,为寒冷的空间提供光和热,没有这些恒星宇宙就会是一片死寂。
所以说能量是整个宇宙运转的根本,人类社会对能量有着极强的依赖性,没有它们等待我们的只有死亡,至少是会被饿死。
可是想要获取能量谈何容易,至少是相当的麻烦,大自然通过植物转化太阳能为我们提供食物,并且这些有机物还在在亿万年间形成了大量的燃料,如煤炭、石油、天然气供人类使用。
不过人类总是觉得能量总有一天会被消耗完,而且总是感觉自己受制于大自然的限制。人类想要拥用无限的能源,随意的挥霍。这个想法自古以来就有。
最典型的代表就是人类对永动机的痴狂,从公元前1200年前后西方人就开始着手制作可以永远运转的机器。
在这个永动机中大家最为熟悉的就是可以永动的轮子,大部分是利用扭矩的变化来提供旋转力,当然还有一些利用水流、电磁力制作的永动现象。
这类不需要能源输入的永动机被称为第一类永动机,它们失败的直接原因并不是能量来源的问题,而是在地球上我们无法消除整个系统的摩擦力和空气阻力。
如果把它们送上深邃的外太空,周围没有任何引力物体的影响,那么物体就可以利用自己的惯性一直保持运动,这其实就是牛顿力学的内容。
但是就算实现了这类机械的永动也完全没有意义,因为它们无法对外界持续做功,对人类社会一点意义都没有,因为根据牛顿定律,物体在受到外力的情况下就会改变其最初的运动状态。
1775年的时候法国科学院就宣布了以上的思想,先不说永动机能不能造出来,就算它永动了也是自己在动,没有任何价值。
但是这样的说法,并没有放弃人类对永动机的研究。直到19世纪人类才真正认识到了宇宙中能量转化的规律,提出了这个宇宙中的铁律,能量守恒定理。
这个定理的提出让我们清楚的认识到了,第一类永动机不能实现的根本原因,这也是它就算排除了外界摩擦、阻力以后转了起来,依然对人类没有意义的原因。
目前我们在网上看到的所有没有能量输入的永动机,都属于违反能量守恒定理的装置,它们确实能运转那么一会,但是整个系统的能量在很短的时间内就会被摩擦力或阻力消耗掉。
那么第一类永动机的失败,是否让人类彻底放弃了永动的想法?并没有!人类依然很顽强,足以见得我们对无限能源的向往。
于是就诞生了第二类永动机,它不违反能量守恒定理,设想是这样的!你看,地球上有大量的空气,海水,虽说它们温度(内能)都不怎么高,但是它们量很大的,其中蕴含的能量可以说是无穷无尽。
那么我们能够从海水中不断的吸取它的内能来实现机器的永动呢?这个想法看似可行,有了能量来源,但是它却违反了热力学第二定理。
因为热能总是从高温物体自发的传递到低温的物体,这个过程是单向的,要想让低温物体的内能传递给高温物体,我们必须人为干预,消耗其他能量才能实现,例如家里的冰箱就是这样。
以上的说法是第一种表述。而还一种说法就是,在没有外界能量或者是人为干预的情况下,我们是无法从一个的吸取能量,并且将这些能量100%转化为可用的功。
这其实是第二种表述方式。
不管是哪种对热力学第二定律的解释,都彻底否定了永动机的存在,因此永动机至此彻底的就被打入了伪科学的范畴。现在如果有人还说自己制造了永动机,那么想都不要想它的原理,先给一个伪科学的标签。
所以说热力学定理的发现彻底让人类在百年的幻想和痴狂中清醒了过来,没有在对永动机还抱有希望和幻想。
那么热力学定理又如何影响宇宙的呢?这里主要说的是对第二定律的另外一种表述,即为熵的概念。
熵描述的是一个孤立的物理系统的混乱程度,在没有外界干预的情况下,也就是没有外界能量输入的情况下,这个系统的熵总是会向着增大的方向发展。
换句话说,物理系统会自发的从有序发展到无序,这个过程在自然状态下不可逆。要想改变系统的熵让其减小,必须消耗能量。
但是能量的传递和消耗所带来的结果就是更大系统的熵增总是大于0。也就是说这样的你人为降低一个系统的熵,会带来其他系统的熵增更大。
有一个很好理解的例子,你在沙滩上用一个模具使用沙子制作出了一个沙堡。这个沙堡就是由无数颗沙子组成的有序状态,这个过程消耗了你的能量,你的能量来自于太阳,从而降低了沙子的熵。
但是你消耗能量的过程并不能完全做到将能量转化为有用的功,而是有很多的热量白白的耗散掉,因此你消耗能量所带来的熵增一定大于沙子被制作成沙堡所带来的熵减,整个大自然的熵还是在增加。
那么你制作的沙堡的结局呢?它会自发的倒塌,最后变为一堆无序的沙子,没有人类照看的房屋、高楼大厦、城市也一样,总有一天会变得破败不堪,变成一堆尘土。
如果想要它们恢复最初的状态,就必须消耗能量来进行维护,看似城市又被重建恢复了以往的有序状态,但总的来我们和太阳构成的整体系统的熵依然不可逆转的在增大。
这样的例子还有很多,人类要吃饭获取能量来降低自身的熵增,维持生命。带来的结果就是整个大自然的熵增。
宇宙也一样,不断的消耗能量,能量从高温传递到低温物体,整个宇宙的熵也一直在增大,不可逆转。除非有另外一个宇宙给我们这个宇宙输入能量,来降低它的熵。
熵增的单向变化其实就解释了时间单向流动的原因。整个宇宙会不了避免的往前、往混乱状态发展。
所以说随着时间的推移,宇宙这个孤立系统会不可避免的走向无序的状态,直到有一天无序变得最大化。
整个宇宙不会再有可传递的能量,因为任何一个地方的温度都变得一样,整个宇宙处在了热平衡状态,没有可用的能量。
这是的宇宙就是我们所说的热寂。
所以说热力学定理不仅浇灭的人类的幻想,也规定了宇宙发展的方向,以及时间流动的方向。我们对这样的发展趋势无能为力,因为我们无法创造能量来降低整个宇宙的熵,拯救整个宇宙。
文章来源: https://twgreatdaily.com/zh-hans/xu_u7HMBd8y1i3sJXxYl.html