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一只奇妙的薛定谔猫——永动机
上传时间:2020-12-19 16:11点击:

黄油?猫?黄油和猫?

黄油猫悖论

黄油猫悖论,又叫黄油猫理论(ButteredCatTheory),它是由两种民间常识合成的悖论。内容为:

(1)猫在半空中跳下,永远用脚着陆。

(2)如果将一片涂有黄油的面包片抛到半空,永远将是涂上黄油的一面落地。

在这两个常识的基础上,如果把黄油吐司没有涂抹黄油的一面绑在猫的背部时,再让猫从半空中落下,哪一面会先落地呢?

 

2003年金伯利米娜根据一篇关于黄油猫悖论潜在含义的论文,拍摄了一部《永久行动》的影片,下面是其中的片段:

 

 

 

根据上面的描述,猫永远是脚先落地,而面包则总是涂有黄油的一面落地,为了保证两个常识同时成立,最终的结果好像是他们永远都不会落地。因为如果猫先落地,那么黄油吐司的定律就会被打破,反之亦然。这样来看,违反能量守恒的第一类永动机就出现了。那么究竟是猫先落地还是涂满黄油的面包呢?答案是猫。猫拥有翻正反射,当猫从半空中跳下或跌落时,它能迅速地转过身来,四肢做好着陆的准备,而黄油只能被迫“着陆”,所以黄油猫永动机是无法实现的。

 

 

永动机???

 

永动机是一种不需要外界输入能量或者只需要一个初始能量就可以永远做功的机器。从13世纪开始就有人就试图想制造这种机械装置,但是直到21世纪也没有人真正制造出来。下面电小二就跟大家一起进入到“发明家”的世界,看看那些想象力爆棚的永动机吧!

 

 

早期最著名的一个永动机设计方案是十三世纪时法国人亨内考提出来的。如图所示:轮子中央有一个转动轴,轮子边缘安装着12个可活动的短杆,每个短杆的一端装有一个铁球。亨内考认为,右边的球比左边的球离轴远些,因此,右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去,并且带动机器转动。

 

 

意大利的一位机械师斯特尔也提出了一个永动机的设计方案。斯特尔在设计时认为,由上面水槽流出的水,冲击水轮转动,水轮在带动水磨转动的同时,通过一组齿轮带动螺旋汲水器,把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中。这样,整个装置可以这样不停地运转下去,并有效地对外做功。

 

 

斯台文的永动机设计是由14个能滚动的很重的铁球用链子连起来放在一个三棱体上组成的。三棱体的一边比较斜,一边比较陡,且斜的一边比陡的一边长些。斯台文认为斜的一边上有4个重铁球,陡的一边只有两个重铁球,4个铁球的下滑力比两个铁球大,因而整个装置就会如箭头所指示的方向滑下来。并且一旦左边滑下去一个重球,右边一定同时补充上一个重球,左边的斜面上依然是4个重球,永远是左边的下滑力大于右边的下滑力,球链就会永远不断地运动下去。

 

时至今日,仍然没有人可以向世人宣布创造出真正的永动机。在亨内考的设计方案中,总能找到一个适当的位置,使左右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用(力矩)恰好相等,互相抵消,使轮子达到平衡而静止下来;斯特尔水槽中流回的水会越来越少,很快水槽中的水就全部流进了下面的蓄水池,水轮机也就停止了转动;斯台文从经验判断它不可能永动,长时间的思考与实验过后,他得出了两个斜面上力量平衡的定律,验证了这种永动机的不可实现性。

永动机无法被实现的原因在于违反了热力学定律。

(1)热力学第一定律是关于能量守恒的表述,是指在一个孤立的封闭系统里,新的能量无法被创造出来。第一种永动机违反的是热力学第一定律,它们不须输入能量就可以作功,这显然是不可以达成的。

(2)熵增加原理:孤立系统的熵永不自动减少,熵在可逆过程中不变,在不可逆过程中增加。所以第二种永动机虽然没有违反第一定律,却因为采用某种使熵减少的方式将热能转换成机械能,而违反热力学第二定律。

也许永动机并不存在,但探索创造永动机的过程应该存在。没有一次次的设计、推翻假设等,科学的发展和补充可能会来得更晚,那么,何不继续关于“永动机”的梦呢?那些大胆想象力爆棚的创造,可能就是未来的现实。



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