永动机|永动机不可能在我们宇宙中存在，人类永远无法制造它
如果要提及科学史上最大的骗局 ， 那一定非永动机莫属 ， 在公元前1200年 ， 关于永动机的构想就已经出现在印度 ， 并经过了伊斯兰教世界传到了西方 ， 公元13世纪 ， 一个名叫亨内考的工程师提出：
轮子中央有一个转动轴 ， 轮子边缘安装着12个可活动的短杆 ， 每个短杆的一端装有一个铁球 。 右边的球比左边的球离轴远些 ， 因此 ， 右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大 。 这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去 ， 并且带动机器转动 。
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这就是著名的“亨内考魔轮” ， 这个是早期最著名的永动机方案 ， 此后 ， 关于永动机的构想 ， 引诱了一大批科学家入坑 ， 包括达文西 ， 焦耳、达芬奇这样的学术大家 ， 时至今日 ， 还是有人用永动机作为幌子 ， 招摇撞骗 。
但是我们必须要指出 ， 永动机不可能在我们宇宙中存在 ， 人类永远无法制造它 。 这是经过科学家通过实验、理论得出的结果 。
在早期 ， 人类对于永动机的定义是某物质循环一周回复到初始状态 ， 不吸热而向外放热或做功 ， 这种机器不消耗任何能量 ， 却可以源源不断的对外做功 ， 这叫“第一类永动机” 。
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然而焦耳通过实验发现 ， 物体内能的增加等于物体吸收的热量和对物体所作的功的总和。 即自然界里所有的物质均具有能量 ， 这些能量有各种不同的形式 ， 且能够从某种形式转变为另一种形式 ， 在转变过程能量的总数保持恒定不变 。 这就是著名的能量守恒定律 ， 也就是热力学第一定律 。
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随着研究现象的扩大和深入 ， 物理学中引入了光能、原子核能 , 甚至相对论能量、光子能量、粒子场的能量等等 , 从而一 步步地建立了普遍的能量守恒定律 . 人们也因此在一个方面逐步深入地认识了自然界的一条基本规律 。
而这显然与第一类永动机相违背 ， 因为能量是不能被凭空制造出来的 ， 只能从一种形式转移到另外一种形式 ， 任何事物、事件、甚至宇宙 ， 总体能量是一定的 ， 不在这里多 ， 就在那里多 ， 即投入与产出的平衡 。 人类几乎所有的发明和应用 ， 都是遵循这个基本定律 ， 物理、机械、化学、数学、自然、社会等等 。。
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能量的主要形式的能量及其相互转化
第一类永动机的构想破产 ， 很多科学家还是不放弃 ， 提出了第二类永动机 ， 也就是从海洋、大气乃至宇宙中吸取热能 ， 并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头 ， 这就是第二类永动机 。
不过这个想法在热力学第二定律提出之后 ， 也惨遭破产 ， 当时瓦特改良蒸汽机 ， 1824年 ， 卡诺发表经典著作《关于火的动力和适合产生这种力的机器的考虑 》卡诺在这本论著中就如下两个问题 展开了他的全部理论：
( 1 ) 热机的效率是否有一极限? ( 2 ) 什么样的热机工作物质是最理想的? 这都是当时热机工程界争论不休的问题。 在对热机效率缺乏理论认识的情况下 , 土程 师们只能从热机的适用性、安全性和燃料的经济性几个方面来改进热机。 热机就是指各种利用内能做功的机械 。 是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能的机器动力机械的一类 ， 蒸汽机也属于热机 。
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卡诺在这里面提出：“ 热动力与用来产生它的工作物质无关 ， 它唯一地由在它们之间产生效力的物体〔热源 〕的温度来确定 ， 最后还与热质的输运量有关。”
在卡诺的基础上 ， 克劳修斯（1854年用德文、1856年用英文）提出他最著名的热力学第二定律的表述：“热不能自发地从较冷物体转向较热的物体” ， 或者译为“不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化”（Heat can never pass from a colder to a warmer body without some other change ，connected therewith ，occurring at the same time.） 。
热力学第二定律的本质是表达了一个孤立热力系统的自发过程总是朝向有序度低的方向进行 ， 例如 ， 功能热能、电能热能、高温低温、高压低压、…… 。
热力学第二定律也有一个精彩的表述 ， 那就是：“第二类永动机不可能实现” ， 因为在设计循环过程时 ， 第二类永动机都要让热能从低温物体传到高温物体 ， 或让热能百分之百转化成机械能 。 但是 ， 第二类永动机违背了热力学第二定律 ， 因此是不可能制造成功的 ， 因为热能不可能完全变化成机械能 。 但机械能是可以完全转化成热能的 ， 热力过程是一个不可逆过程 。
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克劳修斯后来又在《关于热的力学理论的第二基础定理的一个修正形式》又提出了新的物理量来解释这种现象 ， 这就是熵,以符号S表示 。 这就是热力学第二定律的又一个经典表述方式 ， 也被称为熵增原理 ， 那就是：不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零 。 在自然过程中 ， 一个孤立系统的总混乱度（即“熵”）不会减小 。
熵增原理最大的意义就是从能量品质的角度规定了能量转换过程中的方向、条件和限度问题 。 从而彻底
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世界上首台第二类永动机是1881年格穆吉（John Gamgee）为美国海军设计的“零耗发动机(Zeromotor)” ， 设想让汽缸内的液氨从海水中吸收热量汽化产生蒸汽推动活塞而获得动能 ， 氨蒸气冷却后又凝结成液氨 ， 如此循环往复 。 但是这一装置无法持续运转 ， 因为汽化后的液氨在没有低温热源存在的条件下无法重新液化 ， 因而不能完成循环 。 这证明了热力学第二定律的正确性 。
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如果把整个宇宙看作一个封闭系统来看 ， 那么宇宙本身也符合热力学第二定律 ， 那么宇宙就在不断在消耗着能量 ， 且不可逆 ， 熵不断在增加正在走向它的最大值 ， 因此宇宙一旦到达热动平衡状态 ， 就完全死亡 。 这种情景称为“热寂” ， 这样的宇宙中再也没有任何可以维持运动或是生命的能量存在 。 当然 ， 宇宙是否是一个封闭系统 ， 这是目前还尚有争议的话题 。
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第一类永动机和第二类永动机的破产 ， 让永动机之梦在科学界沉寂了一段时间 ， 然而在上个世纪某 ， 一些科学家提出了第三类永动机 ， 希望在封闭的物质系统内 ， 依靠外界能量的输入 ， 实现物质的自循环 。
1990年代 ， 美国人在亚利桑那州的沙漠里进行了一项实验 ， 实验装置是一个硕大的温室 ， 占地一公顷 ， 在里面预先设置了河流、树林、草地、动物、人……总之 ， 一切都是尽力模仿地球的生物圈而设计的 ， 从而构建了一个微型人工生态循环系统 ， 该温室被命名为生物圈２号 。 实验的设计者希望生物圈２号中的空气、水 ， 动物、植物和人能够在阳光的作用下实现物质的自循环 ， 然而生物圈2号的氧气与二氧化碳的大气组成比例 ， 无法自行达到平衡 ， 它说明了物资的回收率不可能是百分之百 。 每个循环都会有垃圾产生 ， 参加循环的物质越来越少 ， 最后使系统崩溃 。 这个实验宣告了第三类永动机的失败 。
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之后 ， 科学家又提出了第四类永动机 ， 希望造出不违反能量守恒定律 ， 卡诺定律 ， 却能自发熵减的永动纳米材料 。 然而这个愿景至今也没有实现 ， 而且这个愿景也不符合热力学第二定律 ， 连科学都谈不上 ， 充其量只能说是假说和科幻 。
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人类必须要接受一个现实 ， 那就是永动机不可能在我们宇宙中存在 ， 人类也永远无法制造它 ， 因为宇宙是开放的、不可逆的非热力学平衡体系 。 平衡态是无序的 ， 而非平衡态则是有序的根源 ， 这是与热力学第二定律一致的 ， 也是符合熵增原理的 。
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包括生命体系也是 ， 人的生命发展就是一个熵增的过程 ， 从无序走向有序 ， 像我们进食就是一个抵抗熵增的行为 ， 即具人类有熵减的能力 ， 我们从食物中汲取了“负熵”来维持生命的有序 ， 即“新陈代谢的实质就是及时全部消除有机体无时无刻不产生的全部负熵” 。 这里的有序和无序是描述宏观态的 。
薛定谔曾经有一句非常经典的话 ， 叫做：“生命赖负熵为生”！
【永动机|永动机不可能在我们宇宙中存在，人类永远无法制造它】
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