地球就是永动机?自转46亿年都没有停下,其动力来自哪里?
人们一直追求一种机器,能够给一个初始动量,然后一直运动下去,人们将其称为 永动机 。无数人在这个永动机上做尝试,试图制造出第一台永动机,名垂青史。但是,人们付出了大量的脑力和体力,最后没有得到永动机,反而从中总结出了一条定律——能量守恒。
能量守恒示意图
有了这条定律,永动机基本上告别了,谁再宣扬永动机谁就是骗子。但是有人不服,既然能量守恒说不可能存在永动,那如何解释地球的自转?地球已经 自转了46亿年,丝毫没有停下来的迹象 , 按照能量守恒来说,这是不可能的。
人们这才发现,这么些年两拨人都在支持和反驳永动机,都没发现,我们的地球已经孜孜不倦地自我旋转了46亿年。那么它的能量哪里来的?它会是我们苦苦寻找的永动机吗?
地球的自转
我们都知道地球围绕太阳公转,周期是一年 365天 ,而 地球公转的能量来自 太阳的引力 。可是地球的自转是怎么回事?不仅是地球,太阳系的八大行星都在公转的同时自转。究竟是何方力量让行星自转的?
八大行星绕太阳公转
要揭开地球乃至所有行星自转的秘密,就要把时光退回到46亿年前太阳系刚形成的时候。太阳系形成于一团星云,这团星云来自上一个恒星晚年的超新星爆炸 。在形成太阳的过程中,一些比较大的星云碎片开始因为太阳稚嫩的引力而围绕它聚集起来,这便是最初的太阳系。随着 中心物质逐渐紧致 ,幼年的 太阳形成 ,而最初的 八大行星 也陆续诞生 。
太阳形成过程
然而这个时候的太阳系是混沌的,各星体的引力紊乱 ,碎片在这混乱的体系里乱飞,初期地球的引力将它们吸引,于是这些碎片 纷纷撞向地球 。早期地球经历过无数次撞击,甚至被一颗火星般大小的小行星撞击过。这些撞击为当时还没有自转的地球提供了巨大的角动量,于是在堆积到一定的数值后,地球开始了自转。
太阳系乃至整个宇宙中的行星几乎都是这种原因发生的自转。根据估计,地球的自转几乎与它诞生的时间相当,也就是说地球已经自转了46亿年。地球凭借最初的角动量自转,却一直没有停下来,这不就是我们苦苦寻找的永动机吗?
永动机
永动机的历史很久远,早在公元前1200年的古印度 ,就有人设想过一种永不停止运动的设备,后来这个想法跟随数字一起传入了阿拉伯地区,又经阿拉伯人之手进入了欧洲。最早的永动机装置在 13世纪 有了雏形,法国人亨内考设想的 圆盘永动机 。
这种永动机有一个车轮一样的横杆,上面连接着小球,转动时,右边的转动力矩会大于左边的力矩。这时给它一个初始动量,圆盘就会沿着初始力的方向转动下去,并且永不止步 。
这个设想激励了很多人尝试,但从未实现永动。通常情况下,旋转几周后圆盘就会停下来。文艺复兴时期,达芬奇也试图制作一个永动机,它按照这个设想复刻了一个装置,结果依然失败。
随后,各国的工程师们对这个装置进行改良,比如意大利的斯特尔试图利用水流来带动永动机 。他设计了一个类似于中国水车的结构,希望利用第一缕流水带动这个装置转动,每一次转动会把下面水槽的水带到最上面,然后继续落下。然而它的装置 没运动多久,运输的水就越来越少 ,根本无法到达最顶端,最终 失败 。
"水流"永动机
欧洲这群机械工程师们就在这个永动机上折腾了几百年,直到 热力学定律诞生 ,人们才意识到了永动机根本不可能实现 。历史上人们捣鼓的永动机分两种,第一种企图利用机械手段,在没有能量注入的前提下进行运转。这违背了热力学第一定律,即能量守恒定律。物体都会受到空气阻力,因此在没有外界供能的情况下,这个装置的获得的初始能量很快转化为了空气阻力消耗的能量。
人类制造的"永动机"之一
第二种永动机,是在保证能量守恒的情况下,试图让其的所有外部能量都转换为机械能。这种永动机也不会存在,因为光是满足第一定律是不够的,还要满足热力学第二定律,即熵增的定律 ,任何体系都有自发地超熵增的方向发展,也就是能量无法做到百分百传递,最终有被消耗完的时候 。
经过大约300多年的失败,人类接受了永动机不存在,自己竹篮打水一场空 的事情。 变慢的自转
可依然有人不死心,他们认为,永动机的确在地球上不存在,但是在宇宙中肯定存在,毕竟宇宙比我们相信的复杂,很多地球上可以用科学理论解释的事情,放在宇宙里就不一定成立了。很显然,宇宙中的永动机远在天边,近在眼前,就是地球。
然而经过天文学家们的观察,地球并没有46亿年都维持一个速度自转, 它的速度正在逐渐减慢 。比如地球刚诞生之初的自转速度还是一圈6个小时,而现在自转一圈的速度是大约24个小时。地球平均每3.5万年自转周期增加1秒。为什么会出现自转变慢的情况,按理说,宇宙中是真空,没有空气阻力,地球完全可以凭借最初时的角动量,实现永远自转。
然而不要忘了,地球不是一个单独的个体,它时刻都处在各种体系之中,比如它和自己的天然卫星月球。月球与地球之间存在一个潮汐锁定,因此引起的潮汐会产生 摩擦 , 减缓地球自转的速度 。此外地球自身会因为季节原因调整自己的自转速度,可能与表面的洋流有关。
月球与地球的潮汐锁定
人类发射的人造卫星也会消耗地球的自转能量。一些卫星距离地球的距离很近,刚好贴近大气层,这个时候,双方会造成一定量的摩擦,减缓地球的自转周期。宇宙虽然是真空,但并不代表它内部不存在消耗能量的物质 。 永不止步
我们之所以会觉得地球永动,是因为这个角动量十分巨大,可以支撑地球自转长达46亿年,并且还将在未来继续。可事实上,这股初始角动量终有消耗完的一天, 届时地球的自转可能就会停止 。
地月系统中也存在角动量
46亿年对人类来说十分久远,可是对于地球这样的星体来说,根本就不值得一提。从地球的角度看,地球根本就没有永动,它再因为其他物质消耗角动量而减速,依然符合热力学第一定律,能量守恒。其实不只是地球,其他的行星也同样如此。宇宙没有绝对的永恒,一切物质都将会改变 ,这不过这个改变周期太长了,人类短暂的历史很难遇到。
太阳是恒星,然而不要以为它就不会围绕其他星体旋转,太阳也在围绕银河系旋转。银河系也不是静止的,它也会围绕星体运动,至于围绕的是什么,人类目前还没有结论。理论上,任何天体都在做围绕运动,宇宙的中心有一股人类现在未知的力量,驱使着整个宇宙 。
我们赖以为生的太阳,也不会永远用阳光滋养地球。的确已经安稳燃烧了45亿年,根据恒星的寿命来看,太阳还要燃烧50亿年,在这期间,太阳的体积会变大。可能要不了几亿年,太阳的半径膨胀到地球与太阳轨道半径的大小时,地球很有可能被太阳吞噬 。
宇宙不存在永恒,因此也就没有永动机存在,相反,它更加诠释了,能量会有消耗完的一天,不管是在地球上,还是在宇宙中,永动机永远不可能存在 。 地球的末日
如果地球消耗完了自转的角动量,地球便会停止自转,这个时候,地球再也没有所谓的昼夜,面对太阳的一边将会有很高的温度,而背对太阳的一边,将会成为新的极地。人类如果到时候还存在,就会躲去地球晨昏线附近生活,整个地球再也不能称为生命的摇篮,相反,它会变成生命的地狱 。
而地球也是有寿命的,它的寿命与太阳紧密相连 。恒星的寿命与它的体积有关系,因为寿命都是以亿年起步,人类不可能连续不断地观察一个恒星长达数亿年之久。因此人类将宇宙中观测到的各个阶段的恒星串联起来,总结出了太阳的寿命轨迹图。此时的太阳还处在壮年时期 ,成为主序星,它的表面有足够的氢发生核聚变反应,保障能量输出。
核聚变反应
但太阳消耗完自己的氢后,它就会膨胀,成为一颗红巨星,最后因为内部的密度过大引发 坍塌 ,它会发生 爆炸 ,最后只留下一颗白矮星 ,没有光亮、没有温度,犹如一座墓碑,诉说这里曾经有过一颗恒星。地球,可能早在太阳结束主序星膨胀时,就已经不复存在了。
所以,没有什么是永恒的,能量不会,星体物质也不会。
追寻永恒的意义
虽然人类试图制造永动机失败了,但这不应该成为人类避而不谈的耻辱。的确,在没有清楚认知世界认知自我的时候,人类犯了很多在现在看来很可笑的错误。
比如古人追求长生不老,然而现代医学表明,细胞衰老是 不可逆 的过程 ,本质上只有延缓衰老,没有抵抗衰老的方法,更不可能有永生。什么喝永生之水,吃仙丹灵药都是没用的,反而会吃进去很多有害的物质,提前结束生命。
炼丹图
再比如,人类希望得到永动机,生产永不眠,但最后结果是,哪怕脱离地球去往宇宙,也没有永动机,看似地球不停自转了46亿年,其实它也在逐渐减慢,很当初大家的永动机实验一样。只是因为它 减速的时间跨度太长 ,而人类的时间又太短,才会有它永远旋转的 错觉 。
我们现代人当然可以站在科技的制高点嘲笑前人的愚昧无知,但疏忽了一点,如果没有当初人们的"犯傻",人类就不会意识到一些想法和理论是错误的。比如永动机的设想,早在3000多年前的古印度就存在,直到13世纪人们才开始尝试,很快就发现了问题,于是只过了几百年,人们便修正了永动机的错误,还总结得出了热力学定律。
想象一下,如果人类不去试着制作永动机,这个错误可能会延迟更改,人类的科技会比现在晚一段时间。感谢曾经的人类,某种程度上说,他们的贡献对人类来说是 永恒 的,因为会 被历史永远记住 。
阿贝力龙前肢短小的大型食草恐龙(体长7。9米白垩纪晚期)在阿根廷发现的恐龙有很多种,其中最著名的就是阿根廷龙,它是世界上最大的恐龙。阿贝力龙也是在阿根廷发现的恐龙,这是一种大型食肉恐龙,体长在7。9米左右,是一种生活在白垩纪晚期的恐龙。
冯建海原创丨也是云山雾罩的也是云山雾罩的读中国科学家首次揭示雷暴云顶放电的光学特征文冯建海对于科学研究,我是很佩服的,很感兴趣的,尤其是我国科学家。我读,感觉这篇文章说得云山雾罩的,我寻思,深度问题可以云山
多普勒的鸭子带你理解警笛声渐行渐远或渐近的秘密多普勒效应(Dopplereffect)是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴约翰多普勒(ChristianJohannDoppler)而命名的,他于1842年首先提出了这一理论。
看得更久更清更快揭秘高分三号02星新华社北京11月23日电题看得更久更清更快揭秘高分三号02星新华社记者胡喆11月23日,我国在酒泉卫星发射中心用长征四号丙运载火箭成功发射高分三号02星。国家航天局公布的信息显示,
地球能挖穿吗?如果我们从地面开始一直向下挖,会挖穿地球吗?为了探究这个问题的答案,美俄两国都曾开启过挖地任务,其中,俄罗斯花了整整十年,挖了12263米,却突然将任务紧急关停,他们到底挖到了什么
第一个进入外太空的汪星人人类自从有了太空望远镜,看到宇宙的浩瀚和神秘,就想着有一天人类可以登上太空。后来这个愿意终于实现了,第一个进入太空的宇航员叫莱卡,可能很多人说,这个名字怎么这么奇怪?其实,莱卡并不
安全被忽略,星舰飞船离开地球,不是发动机越多越好作为一个可以飞往火星的交通工具,星舰飞船概念自提出以来,倍受关注。马斯克曾表示,星舰飞船每次可将100人,送到火星去,每年可能将发射100艘,到2050年作用火星上建设成功一个容纳
揭开原子的秘密人类一直有两个问题没有搞清,一是宇宙有多大,二是微观世界有多小。今天我们就来探讨微观世界原子。原子这个词来源于古希腊,意思就是不可分。英国自然科学家约翰道尔顿1803年提出了第一个
霍金留下三条建议,每一条都与人类的生存有关,现已有两条实现我相信很多热爱关注科学的人都知道霍金,可以说,他对科学的奉献是十分卓越的。但事实上,很少有人知道他在科学研究方面也有很高的成就。霍金被认为是现代最伟大的科学家之一。图解斯蒂芬威廉霍
正反王为民粒子白洞创生正反宇宙定律的数学依据正反王为民粒子白洞创生正反宇宙定律的数学依据1爱因斯坦海森堡能量和时间不确定原理Et22真空量子涨落(偏离)E不能为零,否则不确定原理不成立。所以,真空存在零点能。3量子场论认为量
神舟一号发射22周年,一文回顾中国航天的神舟之路22年前的今天1999年11月20日6时30分我国自主研制的第一艘无人试验飞船神舟一号在酒泉卫星发射中心载人航天发射场发射升空并于21日顺利返回内蒙古着陆场这是我国载人航天工程的第