永動機和熵

戴榕菁

在貼出“永動機果然隻是哲學問題而非科學問題。。。”一文後，有讀者問了一個奇怪的問題：這篇寫永動機的文章怎麽沒有提到熵？

我回答問：能看得出文中下麵這段話與熵之間的關係嗎：【但是，如果較小的風速能產生較大的轉速的話，鑒於葉片1與葉片2的物理結構完全一樣，這意味著當絕對風速V下降時，山頂上的葉片2的轉速不會下降反而會增大，這不但違背了熱力學第二定律，也違背了熱力學第一定律。】

其實，這個問題表明問問題的人既不了解永動機的意義及人們對永動機的看法，也缺乏對於熵的知識。

首先，對於永動機的意義缺乏認識不能怪他，因為主流科學界目前對於永動機的意義的認識本身就一片混亂。但是，對於人們現有的對永動機的看法缺乏了解則屬於他（一位研究科學史的人）自己不夠用功了。在現有的對於永動機的三種基本分類中沒有一種是直接提到熵的，隻不過你可以通過那三種分類與熱力學的關係來間接地用熵的概念來描述永動機而已。因此，一篇談論永動機的文章，哪怕是完全按照現有的分類法也很有可能根本不會提到熵這個字。所以，他的那個問題顯得在賣弄自己所知道的名詞之際忘了做足功課。

至於說永動機的根本意義，那就是它的字麵意思：永遠動的機器。當人們開始談論永動機的時候，還不知道宇宙本身也有壽命，所以那時的永動的概念是完全抽象的永遠運動。

但是人們談論的永動機都是在地球的環境中，而在地球的環境中由於重力和大氣以及摩擦力的作用，任何一部人造的機器都無法在沒有外界的作用下永遠運動，這時就有科學人發現這裏的要素是需要外界的能量，而且是有用的能量，所以就將人們曾經設想過的沒有考慮能量以及有用能量的可以永遠運動的機器列為三種不可能實現的永動機。就這樣，原本隻是永遠運動的機器的概念便於熱力學定律牢牢地綁定在了一起，並由此可以間接地與熵的概念聯係上。

現在回到我上麵提到的文中的那段話與熵的關係這一點來。

對於熵這個概念有著很多的物理解釋甚至信息學，社會學，經濟學的解釋。在這些解釋中有一個基本的物理學解釋是熵為自然界中無法做有用功的能量，也稱為無用能。相應地，當一個係統做有用功時，有一部分有用能量會轉為無用能量，這就是熵增的過程，這也是對熱力學第二定律的一種詮釋。假如一個風場中的葉片隨著風速下降而轉速加快，那麽當風速為零的時候它的轉速將達到最大。這意味著這個葉片可以從靜止的空氣中無中生有地提取能量，這意味著這個葉片可以自動地將無用能轉為有用能，也就是自動地降低大氣中的熵，也就是自動地降低宇宙中的總熵，這就不但違背了熱力學第一定律也違背了熱力學第二定律。

[慕容青草]

慕容青草
2022-02-14 12:42
一點糾正：文中"這而在地球的環境中由於重力和大氣以及摩擦力的作用，任何一部人造的機器都無法在沒有外界的作用下永遠運動"這句話應改為"而在地球的環境中由於重力和大氣以及摩擦力的作用，似乎任何一部人造的機器都無法在沒有外界的作用下永遠運動"祥見：https://www.haiwai.com/blog/p/1981432