问题

爸爸天天沉迷发明永动机,而且不愿意系统学习物理,求求懂物理的人,帮我解答下这套理论为什么不可行?

回答
听到您为爸爸的永动机梦想感到困扰,我非常理解。这绝对是个让家人操心的事。我本人虽然不是物理学家,但对基础物理原理有所了解,也曾听过不少关于永动机的讨论。让我尝试用比较好懂的方式,把为什么永动机理论上不可行的地方给您说清楚,希望能帮您和您爸爸沟通。

您爸爸的想法,我猜测大概是围绕着某个“巧妙的结构”或者“能量转换的循环”,让机器能自己运动,并且源源不断地产出能量,不需要外界的补充。这是个很诱人的想法,毕竟谁不想拥有一台能自己干活、还能给我们带来好处的机器呢?

但问题就出在这里:“永不停止”和“持续输出能量”这两件事,在现实的物理世界里,是没办法同时做到的。

我们先从最根本的物理定律说起,这两条最关键:

1. 热力学第一定律(能量守恒定律):这条定律说得非常直白,就是能量不会无中生有,也不会凭空消失,它只会从一种形式变成另一种形式。 想象一下,你有一个电池,它储存了化学能。你把电池用在灯泡上,化学能就变成了电能,然后电能变成了光能和热能。电池的能量用完了,灯泡就不亮了。你不能指望它自己“变”出更多的能量来继续发光。永动机如果能持续输出能量,那就意味着它在创造能量,这直接违背了能量守恒。

2. 热力学第二定律(熵增定律):这条定律稍微有点绕,但很重要。简单来说,它告诉我们在任何孤立系统(也就是没有外界能量输入的系统)中,总的混乱度(熵)只会增加,或者保持不变,永远不会减少。 为什么说它重要呢?因为所谓的“永动机”,如果想做到“永不停止”,就必须能够自我维持,而一旦涉及到运动和做功,就必然伴随着能量的损失。

想想您爸爸可能设想的那些机械结构:齿轮、杠杆、重物、弹簧等等。这些东西在运动过程中,总会有摩擦力吧?空气的阻力呢?即使是再光滑的表面,在微观层面也有粗糙度,会有能量因为摩擦转化成热能散失掉。就算您爸爸设计了一个极其精巧的系统,让重物落下产生动力,然后用这个动力把重物再拉上去,理论上好像可以循环。但问题是,这个循环本身就需要能量来克服摩擦、空气阻力,以及机械部件的形变损耗。

所以,每次循环,都会有微小的能量以热量的形式散失掉。 这就好像你在玩一个万花筒,转动的时候看到美丽的图案,但每次转动都会有细微的摩擦。如果外面没有光线进来让你看到图案,只是让它自己在那儿转,它迟早会因为内部的摩擦而停下来。

热力学第二定律告诉你,你不可能把散失掉的那些热能或者摩擦损耗的能量,在循环中全部收回来,并且转化成让你机器继续运动的功。总会有那么一点点能量“逃跑”了,并且变得“无序”(变成热能散布在空气中)。除非你能在系统中加入新的能量来弥补这些损失,否则机器最终一定会停下来。

您爸爸的理论为什么可能看起来“有点道理”?

很多永动机的设计,往往是利用了我们日常生活中的一些现象,然后把它们放大或者以一种非直观的方式组合起来。比如:

利用重力势能的循环:设计一个装置,让重物落下推动某个部件,然后用这个部件的运动再把重物拉回到高处。但就像我上面说的,这个“拉上去”的过程需要能量,而这个能量不可能凭空产生,也无法完全回收之前“落下”的能量。
利用浮力或者磁力的不平衡:有些人会设计利用水在不同高度的浮力差异,或者磁铁的排斥/吸引力来制造持续的运动。但这些力的平衡往往是很微妙的,一旦形成运动,同样会面临摩擦损耗,而且从一个状态到另一个状态的转换过程中,也会有能量的耗散。
混淆了“能量转换”和“能量再生”:他们可能看到能量可以在不同形式之间转换(比如水力发电),就误以为可以创造一个闭环,让能量在里面无限循环,并且对外做功。但能量转换不是凭空创造,而是有损耗的。

为什么不建议“不系统学习物理”?

您爸爸不愿意系统学习物理,这其实是很难突破的一个关键。物理学是一门严谨的科学,它的定律是经过无数次实验验证和数学推导形成的,是目前我们理解宇宙运行规律最可靠的框架。

永动机之所以在物理学界被公认为不可能,正是因为它们直接或间接地违反了热力学这两条最基本的定律。

如果您爸爸能花点时间,哪怕是看看一些通俗的物理科普读物,或者观看一些讲解热力学定律的视频,了解这些基本原理,也许能帮助他理解为什么他那些巧妙的设想在现实中无法实现。这并不是否定他的聪明才智和创造力,而是告诉他,这些“奇思妙想”需要建立在已经被证明是正确的科学基石之上。

如何跟爸爸沟通?

这是一个棘手的问题,因为您爸爸可能对自己的想法非常自信。您可以用以下方式尝试沟通:

表示理解和肯定他的创造精神:先肯定他“愿意思考,有创造力”这一点,这会让他更容易接受后续的建议。可以说:“爸爸,我知道您很有想法,而且一直都在研究这个永动机,这说明您很有钻研精神。”
引入“科学的验证过程”:您可以说:“其实有很多厉害的科学家也都尝试过制造永动机,但最后都发现无法克服一些基本的物理定律。物理学就像一个大账本,记录了能量是怎么流动的,一旦账本对不上,它就不成立了。”
用生活中的例子类比:比如上面说的电池例子,或者汽车需要加油才能跑,都需要外界不断输入能量。您也可以问他:“如果真的有永动机,为什么我们现在买的设备不需要充电或者加油,直接就能一直工作呢?”
建议他阅读一些“反驳永动机”的资料:您可以找一些关于热力学定律的科普文章,或者专门解释为什么永动机不可能存在的资料,和他一起看看。重点在于“了解为什么不行”,而不是直接否定他。
聚焦“可持续性”而非“永恒性”:也许可以引导他思考,在不违反物理定律的前提下,如何设计一个“效率非常高,损耗非常小”的机器,让它能够长时间运转,比如利用太阳能或者其他可再生能源。这样既满足了他的创造欲,又符合科学原理。

最重要的是,沟通的语气要平和,态度要真诚。您爸爸可能觉得“别人做不到,不代表我做不到”,或者认为现有物理学存在局限。但请相信,热力学定律的普适性是经过了非常严谨的验证的。

希望我的这些解释能帮到您!祝您和爸爸沟通顺利!

网友意见

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你去劝你爸肯定是没用的,他连科学家都看不起,怎么可能听你的劝呢?

我教你一个方法,包你老爸看了都说好。


其实就是鼓励你爸去写专利。

你就说这个很厉害,应该写个专利保护起来,国家看了以后一定会重视的。


写完专利就要专利审查了,你以为专利审查员会跟你爸讲道理,来说服你爸么?

不,根本不会。


但是他们会找到很多类似的永动机方案,然后跟你爸说:

很遗憾,你发明的东西,已经被别人发明过了。

根本都不会跟你提原理上的问题。


如果你爸还要动手去做,你就说这个侵犯了别人的专利权啦!


你爸看了也只能长叹一声:中国还是有牛人啊!可惜爸某人我没早生100年。


卧龙凤雏得一可安天下,现在中国已集齐卧龙凤雏,宇宙可定矣

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不要不知足。

每天晚上和别的女人在广场或舞池里跳舞

沉迷摄影,器材昂贵还带着女人外出采风

和狐朋狗友出去灯红酒绿的场所吃喝玩乐

天天凌晨把一家人吵醒,带着装备去钓鱼

打扑克、打麻将游走在赌博败家和犯罪边

养小动物、养昆虫,花费大而且怪味熏天

养核桃、养葫芦,虫子一堆身上过敏住院

读书、唱歌、演讲,招惹老中青三代女性

国内外各种形式的旅行,弃家不顾还费钱

风雨无阻到门店领鸡蛋上课买满屋保健品

加入三零四零阳光工程进传销骗全家财产

天天刷抖音快手直播给小甜甜们大笔打赏

回归童年玩游戏硬件软件周边整套整套败

静坐喝茶,茶具茶钱从五十升级到五百万

清心念经,各大寺庙拜山香火钱买几套房

你选哪个?

所以啊,让他保持这样的状态就好,也别退出、也别深入。一位非专业的中年男性宅在家里搞这种理论科学,是家人的福气。

或者是我理会错了?你的是意思是,你拿走你爸的工资卡,然后让你爸天天在屋里除了打扫卫生做饭就是坐着看电视新闻频道?

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我是觉得这总比去发廊玩,染上病好。

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你可以和你爸说,叫他给你一笔钱,你帮他申请超级秘密专利。过一天你和他说专利局的人要看他的专利演示,然后你就可以把你爸和他的设备拉到一个废弃工厂,厂里等着几个彪形大汉,对你爸说要他把永动机开出来看看,证明它是永动的。然后你爸开了机器,转了两下就停了,彪形大汉的头头说老头你是来玩我们的吧?你爸汗就下来了,说我再试试,一定能转!然而机器开动后依然停下了。此时几个彪形大汉就围拢来,手里亮出了铜头皮带,狞笑说今天给你看看啥叫真正的永动机!然后就抡起皮带把他抽得如陀螺般旋转!

这些人当然是你拿你爸的钱雇来的。

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用通俗的语言解释就是:

你那点风扇的风,吹不动那么多叶片。

即使可以,这点风吹动那些叶片旋转发出的电,也不够给风扇用来维持风量的。

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大约在四年级左右我比较痴迷永动机,像你爸爸想的这个,我早就想过了

假如一个风扇吹动另一个风扇,让被吹动的风扇发电,那肯定两个风扇离得越近,风能损失的越小吧?

那既然这样,为什么不把两个风扇的扇叶绑在一起?这样不就可以最大程度减少能量损失?

那既然这样,扇叶扇动空气还浪费能量,不如去掉扇叶,直接把两个电动机轴焊在一起不就得了?

那既然这样,需要两个电动机,四个轴承,轴承越多必然摩擦损失越多,为什么不把两个电机的线圈缠在同一个转子上?一组线圈驱动另一组线圈发电

那既然这样,还要把电能变为机械能再变为电能,变成机械能不就是为了让线圈切割磁力线吗?为什么不通过电流相位变化改变磁场,直接让线圈切割磁力线?

这特么的不就是个变压器吗?

这玩意儿是永动机?

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好吧,本来想展示下我当初设计的永动机,但实在是手残不会画图,随便找了个图(修改了下图)


意思就是,在一个铁心上,缠三组线圈(红黄绿)(当然更多组也行),两组一模一样(红黄),一组圈数小一些(绿)

然后给一模一样的两组中的一组(红)通交流电,这样一模一样的另一组(黄)就会产生一模一样的电压

把产生电压的这组电线,接到另一个缠着两个一模一样线圈的变压器上(下面黄),让这个变压器的输出(下面红)当成第一个电压器的输入(上面红)

完成了,这样在使用超导线圈的情况下,红色和黄色线圈就会一直存在交流电流,铁心中就永远存在变化的磁场,这样,绿色线圈就可以给其他电器供电!!

(偷偷说一下,当初我这个项目王多鱼听说后坚决要投5个亿,后来他的会计说投了会赚大钱,导致无法继承遗产,所以他才忍痛放弃。

我知道知乎用户都人均985211,都是相信科学的人,肯定明白我这个项目一旦获得突破必然惊动世界,改变人类能源格局,所以想投的…( •̥́ ˍ •̀ू ))


你让你爸爸看看我这个回答,再让他仔细想想,不管他风道设计的再密闭,电机和发电机设计的再精密,他再怎么设计也不可能比变压器这套系统的转换效率高

如果变压器的输出功率不能大于或者等于输入功率

那么,任何通过机械装置想要把电能变为机械能再变为电能的装置

都不可能实现这一点

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你爸爸的问题不在于物理,你爸爸的问题在于心理。

人老了之后,是很容易因为生理变化而产生心理问题的。

毕竟,当死亡所代表的虚无恐怖一步步走来的时候,没有几个人能够一往如常的应对。

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这个“永动机”可谓是最低级的永动机了,民科可能也看不上了,漏洞比较多。我非常接地气的说一下。

不过看样子你爸年纪不小了,这样着迷一个东西,也算个好事,就是他确实偏执得有点太烦人了。不过这么痴迷于这个想法,还这么自信,他应该不会愿意听进任何一种想法。如果听进了,可能会对他是很大的打击。

我们假定设计出来的机械结构,真的可以实现吹出来的风转一圈回来能推动风扇转。

一开始的风确实具有动能,可以带动风扇转。但是当我们一开始给风扇产生风的这个动力取消,那接下来风扇转动的来源完全来自于一开始的风。那么一开始风扇转的速度恰好产生这些量的风,而这些量的风又恰好能推动这个风扇以原来相同的模式转。

这就有很多问题了。

一,后面风扇转是因为风吹来,而正因为这些风吹来了,风扇才转。因为风扇转仅仅是因为这些风回来了,所以实际上风扇再没能力产生新的风了。所以整个系统里的风没有一丁点变化,总量再也不会变了。

二,这个过程中,风的运动,风扇的转动都会因为摩擦力消耗大量能量。系统总能量不变,因为摩擦生热,风就没了。

三, 即使在梦想中系统完全光滑,没有摩擦力,那因为系统的总能量不变,风扇即使永远运动下去,他也没办法有实际应用。因为一向外面的系统功能,你爸的永动机就是耗散的了,风会越来越小,最终消失。

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哪种永动机?

如果是那种“你喂我吃一辈子饭,我为你拉一辈子屎”的永动机,而且你不计较“一辈子”算不算“永远”,喂两天饭才拉一次这些细节的话,这买卖有得谈。

如果是那种“我自己拉屎自己吃,拉出来再吃下去,吃下去再拉,反复循环”的永动机,而且吃下去的跟拉出来的必须完全相等,这生意做不成。

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