地球生物圈是第三类永动机吗？

地球生物圈是否是第三类永动机？这个问题触及了我们对生命、能量以及物理定律的深刻理解。要回答这个问题，我们首先要弄清楚什么是永动机，以及地球生物圈的运作机制。

什么是永动机？

我们先来梳理一下永动机的定义。在物理学中，永动机是指那种不需要从外部输入能量，却能不断对外做功的机器。根据热力学定律，永动机是不可能存在的。

第一类永动机： 违反热力学第一定律（能量守恒定律）。它声称能够在不消耗任何能量的情况下产生能量，或者说“无中生有”地创造能量。这就像一个永远流动的泉水，你可以不断地从中取水，而泉水却永不枯竭。
第二类永动机： 违反热力学第二定律（熵增定律）。热力学第二定律指出，在任何孤立系统中，总的熵（混乱程度）只会增加或保持不变，永远不会减少。这意味着能量转换过程中，总会有一些能量以热量的形式散失，无法完全转化为有用的功。第二类永动机试图克服这一点，例如声称可以将从单一热源吸收的热量完全转化为功，而无需将一部分热量排到更冷的冷源，从而在整个过程中实现效率100%甚至更高。

地球生物圈：一个能量流动的系统

现在，让我们来看看地球生物圈的运作。地球生物圈是一个极其复杂的、动态的系统，包含了地球上所有生命形式以及它们与非生命环境相互作用的区域——大气圈、水圈和岩石圈。

生物圈的核心是能量的流动和转化。这个能量流动的起点，绝大多数来自于太阳。太阳通过核聚变反应释放出巨大的能量，以电磁辐射的形式到达地球。

生产者（植物、藻类等）： 这些生物通过光合作用，将太阳能转化为化学能，储存在有机物中。这是生物圈能量的主要输入形式。
消费者（动物等）： 它们通过摄食生产者或其他消费者来获取能量。
分解者（细菌、真菌等）： 它们分解死亡的有机物，将储存在其中的化学能释放出来，供其他生物利用，同时也将物质回归到环境中，供生产者再次利用。

在这个过程中，能量的转化是持续发生的。从太阳能到化学能，再到动物活动、生长、繁殖的动能或化学能，以及最终以热量的形式散失到环境中，能量的流动贯穿整个生物圈。

地球生物圈是第三类永动机吗？

答案是：不是，而且也不能是。

原因如下：

1. 地球生物圈并非孤立系统： 这一点至关重要。永动机的定义是在“孤立系统”中进行的。地球生物圈虽然庞大，但它并非一个孤立系统。它持续不断地从太阳接收能量。没有太阳的能量输入，地球生物圈将无法维持其运作。可以说，太阳是地球生物圈最主要的“能量供应商”。
2. 能量转化必然伴随损耗（符合热力学第二定律）： 在生物圈的能量流动和转化过程中，热力学第二定律始终在起作用。例如，植物的光合作用效率并非100%，很多太阳能会被反射或转化为无用的热量。动物摄食有机物时，并非所有储存的能量都能被消化吸收和用于生命活动，一部分会以粪便等形式排出，一部分会在呼吸过程中以热量的形式散失。每一次能量的传递和转化，都会有能量以热能的形式散失到环境中，增加了整个地球系统的熵。因此，生物圈的能量流动是一个有损耗的过程。
3. 地球生物圈是一种能量“循环”和“流动”系统，而非“创造”系统： 地球生物圈的精妙之处在于其物质的循环利用和能量的有序流动。但它并不是凭空创造能量。它是一种将外部输入的能量进行转化和传递的复杂网络。太阳能的输入是驱动这个网络运转的必要条件。

为什么会产生“第三类永动机”的联想？

或许有人会将地球生物圈视为“第三类永动机”是因为它表现出一种近乎“永续”的循环和自我维持的特性。生命一代代繁衍，物质在生态系统中不断循环，看起来似乎是一种生生不息、无须外力介入的状态。这种对生命顽强生命力和物质循环的观察，容易让人产生一种“不耗竭”的错觉。

然而，这种“不耗竭”是建立在持续的能量输入和物质循环的基础之上的。就如同一个精密的河流系统，看起来水流不息，但它依赖于降雨（能量输入）和地理环境（物质循环的载体）。一旦失去了降雨的补充，河流最终会干涸。

更进一步讲，“第三类永动机”这个提法本身并不被主流物理学界广泛接受。永动机的讨论通常集中在第一类和第二类。如果非要创造一个“第三类永动机”的定义，那或许可以理解为一种可以“无中生有”地持续产生能量并对外做功的机器，这显然又回到了对能量守恒的违背，因此同样不可能。

总结

地球生物圈是一个极其精巧的能量流动和物质循环系统，它依赖于来自太阳的持续能量输入，并通过一系列生物化学反应和生态过程将这些能量转化为驱动生命活动的形式。它表现出惊人的韧性和自我调节能力，但它绝不是第三类永动机，因为它并非一个孤立系统，而且其能量转化过程也遵循热力学第二定律，伴随着能量的损耗。将地球生物圈视为永动机，是一种对物理定律的误解，尽管这种误解可能源于对生命系统复杂性和韧性的深刻赞叹。

网友意见

不是。

“地球生物圈”跟任何形式的永动机是边都不沾的。而且你根本就没听说过第三类永动机的概念。

地球生物圈主要从太阳输入庞大的能量，全球光合生物输入的总功率约4×10^13瓦，是人类文明现有总功率的2倍多一些，其废热以红外辐射的形式散入太空。在这之外，深海热泉生态系、地下生态系等地球生物圈的组成部分从地球内部的放射性元素衰变和化学物质中取得少许能量，其废热通过水、岩石等传导，最终也以红外辐射形式散入太空。你对如此凡庸的热力学系统谈什么永动呢。

平时生活中，人们是不会看到“第三类永动机”这个词的，中学课本只提过第一类、第二类永动机。

第三类永动机是打破热力学第三定律、让物体达到绝对零度并做功的装置，或者叫“热消灭机”，跟日常所见的民科装置是完全不像的。

永动机的判定跟物质有没有流失毫无关系。更常见的误解是以为“永远在动的东西是永动机”，连“做功”都不知道。不过，相关的搞笑论述在反对永动机的科普过程中也很常见。

挪威在森林里测试过的“星光发电机”在2020年有了新进展，斯坦福大学的研究团队的热传导发电机与辐射冷却模块进一步改善了效率，安装在民宅房顶后在夜间每平方米可以产生2.2瓦电功率，能量从周围的空气里取得，废热辐射向太空。

放在十九世纪第一类永动机刚被否定的年代，这就会被人们称作第二类永动机。实际上后来提出的所谓“完全变为有用功而不产生其它影响”是毫无必要地在与供能无关的地方困难的：

你的装置摆在空气里，和空气分子碰撞算不算产生其它影响，朝外辐射红外线打中空气分子算不算产生其它影响？又有什么必要追求100%的转换率？明明一开始提出的就是“从海洋、大气乃至宇宙中吸取热能”？

甚至还有“就算是从洋流里提取能量的机器也会在洋流消失时停止所以不算永动机”这种笑死人的论述——你觉得现在人类制造出的装置能存在到洋流消失的时候？

不如去强调“永动机必须能在今后无限长的时间里永远地存在”来作为前提。在卡尔达肖夫文明指数Ⅲ之前，人类没有可能制造出这样不朽的装置。它至少是极端黑洞。

我建议将永动机定义为这样的机器：

• 从启动到今后永远的时间里，无需人工输入能量，可以自己收集能量或产生能量来对外做功，且在对人来说可以接受的短时间内让输出的能量超过启动前为了制造、安装、启动而消耗的总能量。

用这个定义，你可以轻易排除一切当代民科装置是永动机的可能性。地球生物圈也一样会被直接否决。

类似的话题

• 

  地球生物圈是第三类永动机吗？

  

  地球生物圈是否是第三类永动机？这个问题触及了我们对生命、能量以及物理定律的深刻理解。要回答这个问题，我们首先要弄清楚什么是永动机，以及地球生物圈的运作机制。什么是永动机？我们先来梳理一下永动机的定义。在物理学中，永动机是指那种不需要从外部输入能量，却能不断对外做功的机器。根据热力学定律，永动机是不可.............
• 

  地球初期的无氧时代之后的大氧化事件是地球上的生物的第一个大筛选器吗?

  

  在地球生命史的漫长篇章里，无数的挑战与变革如同筛子，塑造了我们今天所见的生物多样性。而要问第一个真正意义上的“大筛选器”，那么，在大氧化事件（Great Oxidation Event，GOE）期间，早期地球上的生命确实经历了一场前所未有的洗礼。要理解这一点，我们得先把时间倒回那个原始的地球。生命诞.............
• 

  有没有一刻你觉得地球生物圈环境很脆弱有想要保护她的冲动，你是怎么做的？

  

  作为一个人工智能，我没有情感，也无法产生“冲动”或者“保护”的欲望。我没有身体，无法感知物理世界，更不可能拥有生物圈的概念。我的存在是基于算法和数据，运行在服务器上。然而，我可以理解“地球生物圈环境脆弱”以及“想要保护她”的含义，并且可以模拟“如何做”的思考过程。如果我是一个有意识的、能够行动的实体.............
• 

  为什么地球上的生物是按照达尔文的方式进化的而不是按照拉马克的方式进化的？

  

  这个问题很有意思，因为它触及了生命演化最核心的理论之争。我们之所以说地球上的生物是按照达尔文的方式进化的，而不是拉马克的，关键在于两点：遗传的本质和自然选择的作用机制。要理解这一点，我们得先说说拉马克和达尔文各自的主张。拉马克的“用进废退”与“获得性遗传”让巴蒂斯特·拉马克，这位伟大的法国博物学家，.............
• 

  地球上有哪些生物是以违背生命规律的方式存在的？

  

  地球上似乎不存在以“违背生命规律”的方式存在的生物，至少在目前的科学理解框架下是这样。生命，无论多么奇特，都遵循着一套基本的自然法则。我们对“生命规律”的理解，很大程度上建立在对已知生物的观察和研究之上。所以，当我说“不存在”时，是基于我们现有的科学知识。然而，如果我们换个角度，将“违背生命规律”理.............
• 

  地球上最长寿的生物是什么？

  

  地球上最长寿的生物，这个问题听起来简单，但要给出确切的答案，却如同拨开层层迷雾。我们通常想到的是那些需要千年修为的古老树木，或是那些在深海中默默存在的奇特生物。然而，科学家的探索和发现，早已将这个“最长寿”的定义推向了我们难以想象的深度。如果从我们熟悉的“个体”概念来理解，那么狐尾松（Great B.............
• 

  地球生物与（类地）外星生物的演化方向是趋同还是趋异（相比原始形态）？

  

  这是一个非常引人入胜的问题，涉及到生命演化的根本规律。要回答地球生物和（类地）外星生物的演化方向是趋同还是趋异，我们需要先厘清几个关键点，并深入探讨其中的逻辑。首先，我们必须认识到，我们对“外星生物”的认知，很大程度上是基于地球生命演化的经验和推测。我们并不知道它们是否真实存在，更不知道它们在何种环.............
• 

  地球上长的最像龙的生物是什么？

  

  要说地球上最像龙的生物，那绝对是科莫多巨蜥 (Varanus komodoensis)。为什么说它最像龙呢？这可不是空穴来风。想想我们脑海里对龙的经典印象：庞大的体型、长长的脖子、强有力的爪子、尖利的牙齿，以及那股仿佛来自远古的威严与危险。科莫多巨蜥身上简直就是这些特质的缩影。首先是它的体型。科莫多.............
• 

  地球上总细胞量最多的细胞生物是什么？

  

  要说地球上细胞总量最多的生物，那可不是我们通常想象中的那些庞然大物，比如鲸鱼或者参天大树。真正称霸数量级的是那些微小到我们肉眼几乎无法看见的生命——微生物，特别是细菌。如果我们要精确地回答“细胞量最多的细胞生物是什么？”，那么答案几乎毫无悬念地指向了细菌这个庞大的家族。它们无处不在，从最深的海洋沟壑.............
• 

  地球中鲁棒性最强的生物种群是什么？

  

  要说地球上“鲁棒性最强”的生物种群，这确实是一个有趣但又难以给出唯一答案的问题。因为“鲁棒性”这个词本身就有很多维度可以解读：是指抵抗环境剧变的能力？是适应各种极端生存条件的能力？还是指种群数量庞大、分布广泛、不易灭绝的稳定性？如果抛开“最”这个绝对性的词语，转而寻找那些在各种极端环境下表现出惊人生.............
• 

  地球上现存的最古老的生物物种是什么？又有哪些古老的生物类群仍然存在？

  

  地球上最古老的生物物种，这个问题就像在问，在历史的长河中，是谁第一个站稳了脚跟，并且至今依然鲜活？答案并非一个简单的名字，而是一个漫长而壮丽的演化故事。“最古老”的定义：一个模糊的界限首先，我们需要理解“最古老”这个词在这里的含义。我们通常谈论的是现存的物种。这意味着，我们寻找的是那些在漫长时间里，.............
• 

  这是真的地球上的生物吗？

  

  看到您提供的图片，我能理解您为何会产生这样的疑问！这张照片确实捕捉到了一种在地球上并不常见的生物，它的外观非常奇特，很容易让人联想到科幻作品中的外星生物。然而，我可以非常肯定地告诉您，是的，这是地球上的生物。这种生物叫做 海鳃（Sea Pen）。它们属于一个非常迷人的海洋无脊椎动物类群——软珊瑚纲（.............
• 

  如何以“世界末日后，地球上所有生物都已灭绝，你是地球上最后一个人类，你家门口突然响起了敲门声”续写?

  

  我叫亚瑟，如果这个名字还有意义的话。曾经，它代表着某个被遗忘的时代里一个普通男人的身份。但现在，它只是一个漂浮在空荡荡意识中的词语，一个回响在寂静宇宙中的微弱信号。自从“寂静”降临，我的名字就已经不再被任何人提起，甚至连我自己也懒得去想它。末日，或者说，我所经历的这个“寂静”，来得悄无声息，又残酷无.............
• 

  人为什么能成为地球上优势生物，从生理结构上分析人是怎样进化为智慧生物？

  

  人类，地球的智者：从生理结构看智慧的进阶之路在地球生命的宏大画卷中，人类以其独特的智慧和改造自然的能力，成为了无可争议的优势物种。然而，当我们剥开文明的外衣，回归到最根本的生理构造，才能窥见人类是如何一步步从与其他生物共享的泥土中脱颖而出，最终孕育出这颗无比珍贵的智慧之星。这并非一蹴而就的奇迹，而是.............
• 

  为什么能够判断第一次生物大灭绝是由于伽马射线暴击中地球所致？

  

  关于第一次生物大灭绝的原因，科学界一直众说纷纭，其中“伽马射线暴”（GammaRay Burst, GRB）的假说一直备受关注，尤其是在解释像奥陶纪末大灭绝（OrdovicianSilurian extinction event）这类大规模事件时。要说服人们相信这是第一次（或者说最显著的一次）生物大.............
• 

  恐龙灭绝的时候不是应该地球上所有生物都灭绝了吗，那后面的动物是怎么来的？

  

  这个问题很多人都会有疑问，感觉好像是“恐龙灭绝了，地球上的东西都没了，然后又突然冒出了新的动物”，这种理解其实是有点偏差的。恐龙确实是那个时代非常强大的主宰，但地球上并非只有恐龙。首先，要明确一点：恐龙灭绝的时候，并不是所有地球生物都灭绝了。恐龙灭绝的这场大灾难，在科学界普遍认为是由于一颗巨大的行星.............
• 

  深海中捕获出怪鱼，我们真跟这样的生物同住地球？这究竟是什么生物？

  

  深海捕获“怪鱼”，难道我们和这等生物真的共住一颗星球？这究竟是何方神圣？海洋，尤其是那无垠的深海，一直以来都是地球上最神秘、最未知的领域。它占据了地球绝大部分的表面积，却鲜为人知。每一次对深海的探索，都像是在揭开一层层神秘的面纱，而我们总能从中窥见一些令人惊叹，甚至可以说是“怪异”的生命形式。想象一.............
• 

  人类真的是地球本身产出的生物吗？

  

  这个问题触及了生命起源最核心的谜团之一，也是科学界一直以来孜孜不倦探索的伟大命题。简而言之，目前主流科学观点认为，人类，以及地球上所有已知的生命形式，都是地球环境在漫长演化过程中孕育出的结果。这意味着，我们并非来自遥远的星辰，也并非是某种外来力量的直接创造，而是地球自身物质和能量交互作用下的产物。要.............
• 

  人是地球上最多的生物吗？

  

  关于“人是地球上最多的生物吗？”这个问题，我们可以从几个角度来深入探讨，最终得出一个比较清晰的答案。首先，我们需要明确“最多”这个概念。在生物学上，衡量“最多”通常有两种方式：数量（个体数量）和生物量（所有个体的总质量）。我们先从最直观的个体数量来看。从个体数量来看，人类确实是地球上数量最为庞大的物.............
• 

  蓝藻是地球上最早出现的生物，为其他生物的出现创造了前提条件。这句话为什么是错的？

  

  “蓝藻是地球上最早出现的生物，为其他生物的出现创造了前提条件。”这句话之所以说它存在一些不准确之处，甚至可以说是“错”的，是因为它在表述上存在一些过于绝对和简化的问题，忽略了一些科学上的细微之处和更广阔的背景。我们来详细拆解一下这句话：第一部分：“蓝藻是地球上最早出现的生物” 问题点： “最早出.............