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地球一直吸收太阳能量,而能量是守恒的,为何还会出现能源稀缺?

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在人类科技探索的进程中,能量从未短缺,但能被我们真正利用的,唯有低熵能量 —— 它是驱动文明运转的核心,也是破解宇宙规律的关键。

地球常年沐浴在太阳的光芒里,这份能量馈赠究竟有多庞大?



太阳每秒向外辐射的电磁能量达 3.827×10²⁶瓦,这个数值被称为 “太阳光度”。而 “太阳常数” 揭示了地球的接收效率:每平方米地表能获得 1367 瓦的太阳能量。以地球 1.274×10⁸平方公里的表面积计算,地球每秒从太阳吸收的能量约为 1.74×10¹⁷焦耳,这一数字远超人类当前的总能耗。不过,大气层会反射 34% 的太阳光线,最终实际抵达地面的能量约为 1.15×10¹⁷焦耳 / 秒。若以 1945 年广岛原子弹 5.5×10¹³ 焦耳的能量释放量为参照,地球每秒接收的太阳能,相当于 2091 颗广岛原子弹同时爆发的威力。

有趣的是,地球并未因持续吸热而无限升温。吸收的太阳能会以红外线形式向外辐射,且温度越高,辐射越强。当吸收与辐射的能量趋于平衡时,地表温度便保持稳定。但二氧化碳会阻碍红外线辐射,将热量反射回地面,这便是 “温室效应” 的原理。



然而,能量总量并非关键,“熵值” 才决定其价值。低熵能量具有实用价值,高熵能量则无法被利用,且在封闭系统中,熵增是不可逆的 —— 能量总量不变,实用价值却会不断流失。比如大坝蓄水是低熵能量,水会自然流向低处;热水能融化冰块,却从不会出现温水自动分离成热水与冰块。这说明,有用的能量必然处于 “不平衡” 状态,这正是低熵的本质。



生活中的熵增现象随处可见:车辆行驶的噪音、地面物体的静态势能、地球夜间辐射的红外线,都是无法利用的高熵能量;而汽油与氧气蕴含的化学能是低熵能量,燃烧后可驱动汽车,但过程中会转化为无用的热量与噪音。能量没有消失,只是失去了被利用的可能,这便是热力学中的熵增原理。



地球对太阳能的利用率也极低。植物通过光合作用利用太阳能,效率仅 1%-5%;人类最先进的太阳能技术,实验室效率刚超 50%,工业化应用最高约 40%,普通光伏电池效率仅 20%-25%。多数太阳能会转化为水势能(如水循环)、风能(如大气环流)留存地球,最终仍会转化为高熵能量。

这一规律甚至指向宇宙的终极命运 ——“热寂”。宇宙中最低熵的能量是氢,恒星消耗氢产生热辐射,太阳便是通过这种方式向地球输送低熵的可见光光子。这些光子在地球经历一系列转换后,会以红外线形式辐射太空,且每接收 1 个可见光光子,地球会辐射约 20 个红外光子,熵值随之增加 20 倍。

若未来所有天体温度与太阳持平,宇宙将进入高熵平衡状态。



彼时能量充沛,却因均匀分布而无法被利用 —— 没有运动,没有生命,时间也会因熵不再变化而失去意义。这便是熵增原理预言的宇宙终局:一切都化为能量,却沉寂在能量平衡的 “死亡” 之中。

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