坛上有说永动机，不如凑凑兴吧

来源: 老键于 2021-11-26 22:41:57 [档案] [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读：次 (5003 bytes)

永动机是一个人类挥之不去的梦境。这个梦境有无可能成真？

永动的系统理论上是可以存在的，一个真空玻璃罩里的钟摆，假如轴心毫无摩擦，就可以永远摆下去，一端的势能变成底部的动能，再变成另一端的势能，周而复始。一个平面上的圆盘，一粒弹子沿着盘壁滚动，如果弹子和和盘间没有丝毫摩擦，也可以永远一圈圈地滚下去。虽然现实里做到毫无摩擦很难，但理论上并不违反任何物理定律。超导状态下的电流也可如此，在电路里一直循环下去。

但这样的永动即使实现也毫无意义，因为不能做功，做功就是干事情，比如推动机器，点亮灯泡，一个前述的永动系统一旦耦合上做功的机制，马上就不再永动，因为其能量逐渐转换为对外界的做功（机械能）。要想既保持系统能量不变，又对外界做功，便违反了能量守恒定律和广义的热力学第一定律，做功的能量从何而来？18世纪初人们已经明白了这个道理，这种违背能量守恒的所谓第一类永动机完全是荒谬的。有意思的是，直到今天，依然有不少人乐此不彼花样百出地试图让人相信这类永动机是可行的，油管上绝大多数的永动机发明都是属于这第一类，一叹。

人们知道了能量守恒无法违反，于是就开动脑筋制造一种能循环往复做工的系统，自然需要能源的，最廉价的能源就是我们的环境，比如周围的空气，任何事物只要不处于绝对零度（摄氏零下273.15°），其分子都处于运动状态，从系统上讲就是热能，这种热能不用白不用，但要把环境中的热能（即无序的分子运动）转换为功，也就是机械能，却不是件容易事，这需要靠一种工质来实现，最早想到的是氨，氨的沸点是零下33摄氏度，只要不是寒带的冬季，氨在气温里就会吸收大气的热能沸腾而体积膨胀，因而可以推动活塞做功 -即将热能转成机械能，这符合能量守恒，是完全可以实现的。

然而这是一锤子买卖，把活塞推了一下就停止了，还是没有什么大用处。要让它真真有用必须能循环往复。有人马上就意识到，当然可以啊，氨气膨胀之下释放热能而冷却凝缩，设法让这冷却凝缩的氨再自动回到大气中，不又可以再一次吸热膨胀再一次作功吗？这样周而复始，不断从廉价的大气中汲取能量做功，一劳永逸，第二类永动机就诞生了，又清洁又便宜又取之不尽，还用搞什么危险的原子能和不稳定的可再生能源。

当然，至今都没人做出这样一架永动的机器。为什么，因为它虽然表面不违背能量守恒或广义上说热力学第一定律，却相悖于热力学第二定律。热力学第二定律可不是善类，它是经典物理学中的唯一野小子，它之外的所有定律都与时间无关，都是可逆的，只有它定义了时间的流向，不可逆。它的野性还在于它有N多种不同表达 - 最脍炙人口的就是大名鼎鼎的熵增原理。其中一个给第二类永动机量体裁衣的表达是：任何将热能转换为机械能的过程，都必须要有两个热库，一个高温为源，另一个低温为阱。因而决定了将热能转换为机械能的效率，永远不可能100%, 因为一部分热能必须进入热阱而耗散，并且，热能只能从高温热源流向低温热阱，而不能反其道行之。

这便是说，上面那个将氨当工质的机器，作功后并不能靠自己而完全回到起始的冷凝状态，要完全回复到起始态，必要要靠外界输入能量来加以冷凝。现实里，这个外部输入的帮助冷凝的能量往往要高于系统从大气热能里转换出来的机械能。

可见第二类永动机和第一类完全不可同日而语，既然第一类还有人在捣鼓，这第二类就更不会被人轻易放弃了，只是，第二类更多地局限在专业圈子里，油管上就少见了。

专业人士搞第二类永动机不是因为他们无知，而是他们的专业知识告诉他们第二类永动机的门理论上并没有全然关死，皆因热力学第二定律是个统计意义上的原理，这是它的第三野性。所谓统计，就是大概率上说是这么一回事。但这并不根绝小概率上的可能。统计热力学就是对单个分子们的无序热运动做系综分析来得出宏观层面的原理，伟大的科学家麦克斯韦就曾半当真半诙谐地设想，系统里有这么一个妖精（后被人称为麦克斯韦妖）能观察每一个分子的运动，因而能有选择地放行或阻拦它们进入某特定区域，从而在宏观上改写时间轴上的事件。