即使地球轉了46億年之久,它也不是永動機!
自46億年前地球誕生至今,它一直在圍繞著太陽公轉,同時也在繞著自己的自轉軸自轉,不然就沒有現在的四季輪迴和晝夜更替。這就讓很多人心生疑問了,既然地球已經不停歇地轉了46億年之久,而且當前仍在高速運轉,那麼它是不是一個“另類”的永動機呢?
最早提出永動機想法的國家是印度,此後世界上有不少科學家、物理學家以及機械師等名人都曾嘗試設計製造過永動機,不過結果均以失敗告終。永動機為什麼造不出來?顧名思義,永動機指的是能夠永遠運動的機械裝置,講的科學一點就是一種不需要外界輸入能量或者只需要一個初始能量就可以永遠動下去的機器,它不用消耗任何能量就可以永遠對外做功。
從定義上就可以知道,永動機只存在於人們的想象之中,在現實世界裡根本就是不存在的,將來也永遠不可能製造出來,因為它違背了自然規律,其中的自然規律就是熱力學第一定律和熱力學第二定律,畢竟宇宙中的任何事物都不可能在違背自然規律的情況下存在。
永動機分為第一類永動機和第二類永動機兩種,第一類永動機說的是不吸熱卻能向外放熱或做功的機器,這與熱力學第一定律中“能量不可能憑空產生也不可能憑空消失”的表述相矛盾;第二類永動機則是將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功且不產生其他影響的熱機,這與熱力學第二定律中“熱不可能自發地、不付代價地從低溫物體傳至高溫物體”的表述相矛盾。
我們的地球也是如此,雖然它一直運動了46億年的時間,但它並不是永動機。在地球誕生之初,外界給它輸入了能量,它才開始運轉起來,這種能量來自於原始太陽星雲。地球是由原始太陽星雲演化而成的,而此前原始太陽星雲處於不斷旋轉狀態,演化出地球之後便把一部分角動量繼承給了地球,於是地球就開始轉動起來了,再加上太空中沒有空氣阻力阻礙地球的運轉,所以它才能一直維持到今天。
另外,地球在長時間的運轉過程中並沒有對外界做功,這也不是永動機的特點。同時,地球在受到月球潮汐的影響下運轉速度逐漸變慢了一些。有科學家推測道,地球在數十億年以前自轉一圈也許只需要18個小時,而現在卻要24個小時,說明地球的自轉速度呈現出下降的趨勢,在足夠久的將來完全靜止下來也是有可能的。
愛因斯坦的廣義相對論也指出,太陽與地球之間是相互吸引相互作用的,在此過程中地球會源源不斷地輻射出引力波,長此以往地球的旋轉角動量就會被慢慢的消耗掉。經過足夠長的時間之後,太陽會演變成黑矮星,而地球最終則會撞向這顆黑矮星,所以說地球也是不會永遠運動下去的。
那麼,我們為什麼會認為地球是一個永動機呢?其實這是一種錯覺,其中涉及到時間尺度的問題。比如,當我們把一個陀螺旋轉起來的時候,我們心裡知道它肯定是會停止下來的,但是位於陀螺上的細菌卻會覺得它轉了很久,甚至誤以為它是個永動機,因為細菌的壽命非常短暫,相比起來陀螺旋轉的時間在細菌眼裡就顯得十分漫長了。
而在宇宙面前,我們人類或許就跟陀螺上的細菌一樣。我們的壽命只有短短几十年,上百年都算很長了,自然也會覺得地球運轉了46億年感覺很久一樣,也會誤以為地球是個永動機。然而,宇宙已經存在了138.2億年之久,而且極有可能永遠存在下去,46億年在宇宙的時間尺度下根本不值一提。地球在我們眼裡或許是個“永動機”,但是在宇宙面前它也許僅旋轉了幾十秒而已。