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1、浅析永动机不可能制成的原因专业：初等教育班级：09501 姓名：李佳惠摘要:本文通过分析探讨了永动机是不可能制成的的原因，从经典物理及现代物理 学的观点出发，认为近年提出的“物质创生说”不能使第一类永动机死灰复燃。由于 热力学第二定律，第二类永动机也不可能实现。由于引力的存在，“热寂”也不可能出 现。关键词:第一类永动机,第二类永动机，物质创生说，热寂引力引言：在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械一一第一类永动机的制造，因为 这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力 和燃料，却能自动不断地做功。在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永 动机的可能性问
2、题展开激烈的讨论。直至热力学第一定律发现后，第一类永动机的神 话才不攻自破。从科学上来说，永动机被认为是不可能的，在科学上讲不可能不是件 好事，因为这会阻止进步，但在永动机的例子中，要让永动机在科学上实现，要破坏 的物理定律太多了，以至于只要有一个确定的永动机出现，物理学就要全部重写的地 步。让永动机无法实现的科学原因主要有两个：热力学的第一定律（能量守恒）表明 了在一个封闭的系统内，不会无缘无故地冒出新的能量来，而热力学的第二定律则表 明了任何系统内的熵只能增加，即在没有外界输入能源、能量的情况下，粒子最终都 会慢慢停止，直到所有的粒子携带的能量相同-没有能量差，自然就无法产生功了。 依照上
3、面两个定律，可以将永动机分成两类：第一类永动机：可以无中生有产生出能量。这种永动机违背了热力学第一定律，但可 以无视第二定律，因为有个未知的能量源不停地产生能量差。第二类永动机：可以将系统内渐趋平衡的能量差，重新拉开。如果拉开前和拉开后的 总能量是一致的，那就没有违背热力学第一定律，但相对的，这样的永动机违背了第 二定律。1 “物质创生说”能否使第一类永动机死灰复燃第一类永动机似乎已被否定多年。因为，第一类永动机若是可能，能量守恒定律 就不成立。然而，近年来，有人提出“物质创生说”，如果这种学说成立，能量守恒就 会失去其在物理学乃至整个宇宙世界的不可动摇的地位，那么第一类永动机就可复活 了。事
4、实上，人类对能量问题的认识是逐渐深化的，最初，仅仅认识到同类能量可以互相转换例如，机械能中动能和势能的互相转换。以后，又认识到性质不同的能量间 亦可互相转换，例如，相互摩擦可使杭械能部分转换为热能，机械能使电机转动从而 转换为电能，电能转换为光能，化学电池把化学能转换为电能特别是Einstein在狭义相对论中提出质能关系E 一材CZ（其中E为能量，C为光速，M为质量）后，把质量 和能量的相互转化规律建立起来了，即把物质不灭定律和能量守恒定律统一为质能守 恒，由此，众所周知的物质（实物）和能量（场）实际上是质能的两种存在形式，人类对核 能的应用，原子弹、氢弹的爆炸成功，核电站的建立等无一不是基于
5、此认识的，可以 说，迄今为止，还未发现违反质能守恒定律的自然现象。近年来，在宇宙学的研究中， 有些人提出了“物质创生说”他们认为在大爆炸时刻形成了一个以辐射为主的时空， 经过短暂的时刻后，在引力场作用下，辐射和物质（实物粒子）分离，于是，粒子和场就 在大爆炸的瞬间产生了，物质由此而生。其实这是一种不正确的看法。笔者认为，即 使将来有一天，我们能够证实物质确是在大爆炸的瞬间产生的，也无法证明大爆炸以 前这些物质以什么样的形式存在。从Einstein的广义相对论的观点来看，大爆炸前的宇 宙是时空的奇点（亦称白洞），由时空反演而知，该奇点把光锥分为两个独立的部分，这 是两个不同的世界。这两个独立的部
6、分永远不可能交换任何信息，即大爆炸前的信息 和大爆炸后的信息互相不能交换，因此，今天的人类就会有这样的误解，所有物质都 是在大爆炸时刻“创生”出来的。事实上，把今天的宇宙和大爆炸前的宇宙作为一个 整体来考虑，质能关系应该还是成立的，换言之，质能守恒仍然主宰着我们这个宇宙 世界，因此，“物质创生说”是不成立的。2第二类永动机能否实现其它能量可以转换为热能，可否将热能用某种方法集中起来，再转换为其它能量， 即作完全的逆变换?这就是所谓第二类永动机的问题。显然，第二类永动机是不违反能 量守恒定律的。然而，它却违反了自然界的另一普遍规律，热力学第二定律，该定律 是这样描述的（开尔文表述）:不可能制成一
7、种循环动作的热机，只从一个热源吸取热量， 使之完全变为有用的功，而其它物体不发生任何变化。举例来说（如图1），一隔板S将 气缸分为A、B两部分，其中A有气体，图一:B为真空。现把隔板S抽掉，则在很短的时间内，气体分子将分布于整个气缸（如 图2）,所有气体分子重新回到原A部分的几率几乎为零。如果驱使所有气体分子回到 A区中，就要消耗能量。总之，自然界的普遍规律就是这样，若无外界的干扰，封闭 孤立系统内物理现象是从有序向无序方向变化，若要逆转，即从无序到有序，就不得 不向原封闭系统输入能量。当然理论上也有可逆性的能量转换，如理想的机械能的转 换，但是，自然界中，能量的转换无一例外的都伴随或多或少的
8、热现象，可逆性的非 耗散系统的能量转换是不存在的，在机械能的转换过程中，由于摩擦而生热，通电导 体发出热量，简言之，在能量的转换过程中不可避免的发生了其它的能量转变为 热能，热现象的出现标志着该过程向嫡增加的方向运动，因此，能量的转换具有单方 向性，而无可逆性，即“嫡增加原理。”所以说，第二类永动机不可能制成，除非热力 学第二定律被推翻。基于此因，有人提出，在定义时间的正方向时，可以采用孤立系 统内热力学的嫡增加方向来描述。3热力学第二定律是否会导致“热寂”我们认为，过份强调热力学第二定律对宇宙的作用，而不考虑其它因素对宇宙的 作用，从而导致“热寂说”，这是不妥的。显然，这种说法忽略了引力对宇
9、宙中运动万 物的作用。即使按热力学第二定律，会导致能量最终在宇宙间均匀分配即所谓“热寂”, 但由于统计涨落和引力的作用，就会形成新的小的质量中心群，这些小的质量中心群 将不断地吸引周围的物质，而这个过程是正反馈的过程，又会形成诸如今日宇宙中恒 星群，从而形成质量和能量的不均匀分布。故可以说，正是引力的作用，大爆炸后， 才能形成粒子和场分离的宇宙，也正是由于引力的作用，方可避免宇宙的末日，即嫡 达极大值后，宇宙不再演化时刻的到来。4总结各种永动机设计方案的失败，制造永动机美好梦想的破灭，对于每一个寻找永动 机的人是一个不小的打击。但是，反思这一失败的探索过程，它从反面给人类以启迪, 一些科学家从
10、这一否定的结论中开始思考，提出这样一个问题：永动机不可能制成， 是不是说明自然界存在着一条法则，它使我们不可能无中生有地获得能量？也就是说 自然界各种能量之间存在着一定的转化关系。这方面的思考是能量转化和守恒原理建 立的线索之一。德国著名物理学家和生理学家亥姆赫兹(H. Helmholtz，18211894) 就是从永动机不可能实现的这个事实入手研究发现能量转化和守恒原理的。他在论文 中写道：“鉴于前人试验的失败，人们不再询问我如何能利用各种自然力之间已知和未 知的关系来创造一种永恒的运动，而是问道如果永恒的运动是不可能的，在各种自然 力之间应该存在着什么样的关系？ ”参考文献：1. 百度百科
11、,永动机 Http:/ 白欧，永动机和热力学基本定律3. Andy Yang,科幻与现实：永动机An alyses the reas on of perpetual motio n mach ine made impossibleAbstract:This paper analyzs the reason why perpetual motion machine is impossible to be made.According to the view of classical physics and modern physics, “material creation theory ” i
12、n recent years cant make the first kind of perpetual motion machine resurgence.The second kind of perpetual motion machine also can never be come true because of the second law of thermodynamics.Due to the presence of gravity, heat death is not possible,either.key words:the first kind of perpetual motion machine, and the second kind of perpetual motion machine, material creation theory, heat death gravity,
