回顾：地球就是“永动机”？自转46亿年都没有停下，其动力来自哪里？

人们一直追求一种机器，能够给一个初始动量，然后一直运动下去，人们将其称为永动机。无数人在这个永动机上做尝试，试图制造出第一台永动机，名垂青史。但是，人们付出了大量的脑力和体力，最后没有得到永动机，反而从中总结出了一条定律——能量守恒。

能量守恒示意图

有了这条定律，永动机基本上告别了，谁再宣扬永动机谁就是骗子。但是有人不服，既然能量守恒说不可能存在永动，那如何解释地球的自转？地球已经自转了46亿年，丝毫没有停下来的迹象，按照能量守恒来说，这是不可能的。

人们这才发现，这么些年两拨人都在支持和反驳永动机，都没发现，我们的地球已经孜孜不倦地自我旋转了46亿年。那么它的能量哪里来的？它会是我们苦苦寻找的永动机吗？

地球的自转

我们都知道地球围绕太阳公转，周期是一年365天，而地球公转的能量来自太阳的引力。可是地球的自转是怎么回事？不仅是地球，太阳系的八大行星都在公转的同时自转。究竟是何方力量让行星自转的？

八大行星绕太阳公转

要揭开地球乃至所有行星自转的秘密，就要把时光退回到46亿年前太阳系刚形成的时候。太阳系形成于一团星云，这团星云来自上一个恒星晚年的超新星爆炸。在形成太阳的过程中，一些比较大的星云碎片开始因为太阳稚嫩的引力而围绕它聚集起来，这便是最初的太阳系。随着中心物质逐渐紧致，幼年的太阳形成，而最初的八大行星也陆续诞生。

太阳形成过程

然而这个时候的太阳系是混沌的，各星体的引力紊乱，碎片在这混乱的体系里乱飞，初期地球的引力将它们吸引，于是这些碎片纷纷撞向地球。早期地球经历过无数次撞击，甚至被一颗火星般大小的小行星撞击过。这些撞击为当时还没有自转的地球提供了巨大的角动量，于是在堆积到一定的数值后，地球开始了自转。

太阳系乃至整个宇宙中的行星几乎都是这种原因发生的自转。根据估计，地球的自转几乎与它诞生的时间相当，也就是说地球已经自转了46亿年。地球凭借最初的角动量自转，却一直没有停下来，这不就是我们苦苦寻找的永动机吗？

永动机

永动机的历史很久远，早在公元前1200年的古印度，就有人设想过一种永不停止运动的设备，后来这个想法跟随数字一起传入了阿拉伯地区，又经阿拉伯人之手进入了欧洲。最早的永动机装置在13世纪有了雏形，法国人亨内考设想的圆盘永动机。

这种永动机有一个车轮一样的横杆，上面连接着小球，转动时，右边的转动力矩会大于左边的力矩。这时给它一个初始动量，圆盘就会沿着初始力的方向转动下去，并且永不止步。

这个设想激励了很多人尝试，但从未实现永动。通常情况下，旋转几周后圆盘就会停下来。文艺复兴时期，达芬奇也试图制作一个永动机，它按照这个设想复刻了一个装置，结果依然失败。

随后，各国的工程师们对这个装置进行改良，比如意大利的斯特尔试图利用水流来带动永动机。他设计了一个类似于中国水车的结构，希望利用第一缕流水带动这个装置转动，每一次转动会把下面水槽的水带到最上面，然后继续落下。然而它的装置没运动多久，运输的水就越来越少，根本无法到达最顶端，最终失败。

“水流”永动机

欧洲这群机械工程师们就在这个永动机上折腾了几百年，直到热力学定律诞生，人们才意识到了永动机根本不可能实现。历史上人们捣鼓的永动机分两种，第一种企图利用机械手段，在没有能量注入的前提下进行运转。这违背了热力学第一定律，即能量守恒定律。物体都会受到空气阻力，因此在没有外界供能的情况下，这个装置的获得的初始能量很快转化为了空气阻力消耗的能量。

人类制造的“永动机”之一

第二种永动机，是在保证能量守恒的情况下，试图让其的所有外部能量都转换为机械能。这种永动机也不会存在，因为光是满足第一定律是不够的，还要满足热力学第二定律，即熵增的定律，任何体系都有自发地超熵增的方向发展，也就是能量无法做到百分百传递，最终有被消耗完的时候。

经过大约300多年的失败，人类接受了永动机不存在，自己竹篮打水一场空的事情。

变慢的自转

可依然有人不死心，他们认为，永动机的确在地球上不存在，但是在宇宙中肯定存在，毕竟宇宙比我们相信的复杂，很多地球上可以用科学理论解释的事情，放在宇宙里就不一定成立了。很显然，宇宙中的永动机远在天边，近在眼前，就是地球。

然而经过天文学家们的观察，地球并没有46亿年都维持一个速度自转，它的速度正在逐渐减慢。比如地球刚诞生之初的自转速度还是一圈6个小时，而现在自转一圈的速度是大约24个小时。地球平均每3.5万年自转周期增加1秒。为什么会出现自转变慢的情况，按理说，宇宙中是真空，没有空气阻力，地球完全可以凭借最初时的角动量，实现永远自转。

然而不要忘了，地球不是一个单独的个体，它时刻都处在各种体系之中，比如它和自己的天然卫星月球。月球与地球之间存在一个潮汐锁定，因此引起的潮汐会产生摩擦，减缓地球自转的速度。此外地球自身会因为季节原因调整自己的自转速度，可能与表面的洋流有关。

月球与地球的潮汐锁定

人类发射的人造卫星也会消耗地球的自转能量。一些卫星距离地球的距离很近，刚好贴近大气层，这个时候，双方会造成一定量的摩擦，减缓地球的自转周期。宇宙虽然是真空，但并不代表它内部不存在消耗能量的物质。

永不止步

我们之所以会觉得地球永动，是因为这个角动量十分巨大，可以支撑地球自转长达46亿年，并且还将在未来继续。可事实上，这股初始角动量终有消耗完的一天，届时地球的自转可能就会停止。

地月系统中也存在角动量

46亿年对人类来说十分久远，可是对于地球这样的星体来说，根本就不值得一提。从地球的角度看，地球根本就没有永动，它再因为其他物质消耗角动量而减速，依然符合热力学第一定律，能量守恒。其实不只是地球，其他的行星也同样如此。宇宙没有绝对的永恒，一切物质都将会改变，这不过这个改变周期太长了，人类短暂的历史很难遇到。

太阳是恒星，然而不要以为它就不会围绕其他星体旋转，太阳也在围绕银河系旋转。银河系也不是静止的，它也会围绕星体运动，至于围绕的是什么，人类目前还没有结论。理论上，任何天体都在做围绕运动，宇宙的中心有一股人类现在未知的力量，驱使着整个宇宙。

我们赖以为生的太阳，也不会永远用阳光滋养地球。的确已经安稳燃烧了45亿年，根据恒星的寿命来看，太阳还要燃烧50亿年，在这期间，太阳的体积会变大。可能要不了几亿年，太阳的半径膨胀到地球与太阳轨道半径的大小时，地球很有可能被太阳吞噬。

宇宙不存在永恒，因此也就没有永动机存在，相反，它更加诠释了，能量会有消耗完的一天，不管是在地球上，还是在宇宙中，永动机永远不可能存在。

地球的末日

如果地球消耗完了自转的角动量，地球便会停止自转，这个时候，地球再也没有所谓的昼夜，面对太阳的一边将会有很高的温度，而背对太阳的一边，将会成为新的极地。人类如果到时候还存在，就会躲去地球晨昏线附近生活，整个地球再也不能称为生命的摇篮，相反，它会变成生命的地狱。

而地球也是有寿命的，它的寿命与太阳紧密相连。恒星的寿命与它的体积有关系，因为寿命都是以亿年起步，人类不可能连续不断地观察一个恒星长达数亿年之久。因此人类将宇宙中观测到的各个阶段的恒星串联起来，总结出了太阳的寿命轨迹图。此时的太阳还处在壮年时期，成为主序星，它的表面有足够的氢发生核聚变反应，保障能量输出。

核聚变反应

但太阳消耗完自己的氢后，它就会膨胀，成为一颗红巨星，最后因为内部的密度过大引发坍塌，它会发生爆炸，最后只留下一颗白矮星，没有光亮、没有温度，犹如一座墓碑，诉说这里曾经有过一颗恒星。地球，可能早在太阳结束主序星膨胀时，就已经不复存在了。

所以，没有什么是永恒的，能量不会，星体物质也不会。

追寻永恒的意义

虽然人类试图制造永动机失败了，但这不应该成为人类避而不谈的耻辱。的确，在没有清楚认知世界认知自我的时候，人类犯了很多在现在看来很可笑的错误。

比如古人追求长生不老，然而现代医学表明，细胞衰老是不可逆的过程，本质上只有延缓衰老，没有抵抗衰老的方法，更不可能有永生。什么喝永生之水，吃仙丹灵药都是没用的，反而会吃进去很多有害的物质，提前结束生命。

炼丹图

再比如，人类希望得到永动机，生产永不眠，但最后结果是，哪怕脱离地球去往宇宙，也没有永动机，看似地球不停自转了46亿年，其实它也在逐渐减慢，很当初大家的永动机实验一样。只是因为它减速的时间跨度太长，而人类的时间又太短，才会有它永远旋转的错觉。

我们现代人当然可以站在科技的制高点嘲笑前人的愚昧无知，但疏忽了一点，如果没有当初人们的“犯傻”，人类就不会意识到一些想法和理论是错误的。比如永动机的设想，早在3000多年前的古印度就存在，直到13世纪人们才开始尝试，很快就发现了问题，于是只过了几百年，人们便修正了永动机的错误，还总结得出了热力学定律。

想象一下，如果人类不去试着制作永动机，这个错误可能会延迟更改，人类的科技会比现在晚一段时间。感谢曾经的人类，某种程度上说，他们的贡献对人类来说是永恒的，因为会被历史永远记住。