對于我們?nèi)祟惸壳暗目萍妓絹碚f,并不是所有能量都能利用的,而且低熵才是能量的價值。
地球每秒到底接受太陽多少能量?
太陽每秒總電磁輻射為3.827×10^26瓦,這個值也有一個名稱,叫做光度值。
太陽常數(shù)為1367瓦,即地球上每平方米大約1367瓦特[1353(±21) W/m2(1976年, NASA)],
按地球的截面積是127,400,000 平方公里來計算,可得出地球每秒從太陽接收約1.74×10^17焦耳能量,這個能量很大,是人類所需要能量的數(shù)千倍。
而大氣層大約要反射34%的太陽光。
所以,到達(dá)地面的太陽能大約是每秒1.15×10^17焦耳。
而1945年美國在廣島和長崎丟下的原子彈釋放能量大約為5.5×10^13焦,所以說地球每秒接收到太陽的能量相當(dāng)于2091顆廣島原子彈。
雖然地球每秒要從太陽那吸收這么多的能量,但當(dāng)?shù)厍驕囟壬吆?,地球還會以紅外線的方式向外散熱。
一般散發(fā)的熱量與地球溫度成正比,溫度越高散發(fā)越多。當(dāng)溫度保持穩(wěn)定時,基本上吸收的能量和散發(fā)的能量就相等了。
所以重要的不是能量的多少,而是有用能量的多少,處于低熵形式的能量才有用。
這里補一句:當(dāng)大氣中的二氧化碳增多后,一部分本來被地球散熱出去的紅外線,會又被反射回來,導(dǎo)致地球不容易散發(fā)熱量,就這表現(xiàn)為我們常說的“溫室效應(yīng)”。
低熵的能量才有價值,而熵增卻是不可逆的必然。
由于能量守恒,所以任何封閉系統(tǒng)內(nèi)的能量總量是不變的,但是能量的有用價值是層層遞減的。
比如,水壩后的水是一種有用能量,它會向下流動直到兩邊水位相同,而不會逆流向上。
再比如,一杯熱水含有用能量,可以融化冰塊使水達(dá)到一個中等的溫度。
但你永遠(yuǎn)不會看到在能量總量不變的情況下,讓一杯溫水變成熱水,再同時自行生成冰塊。
所以,有用能量必須是不平衡的能量,這就是低熵能量的本質(zhì)。
我們只能利用低熵的能量,而無用能量即高熵的能量無法被利用。
比如,馬路上的行駛車輛的噪音、或放在地面上物體的勢能、地球每天夜里向太空輻射的紅外線,這些都是無用的高熵能量。我們無法利用它們做任何事。
而汽油和空氣中含有用的低熵的能量,將它們混合在一起燃燒,就可以讓汽車跑起來。從啟動到行駛,再到停車,在這段路程中,總能量保持不變。
但是有用的化學(xué)能量轉(zhuǎn)化成了沒用且高熵的熱量和噪音。
所以能量還在,只是無法像之前那樣可供利用。在一個封閉系統(tǒng)里,能量從低熵到高熵的轉(zhuǎn)變,是不可逆的,這就是熱力學(xué)里的熵增定律。
當(dāng)然整個地球?qū)μ柲艿睦寐室蚕喈?dāng)?shù)?/p>
除了主要以紅外線方式散發(fā)到太空的無用能量,全球的植物對太陽光的利用率大約只有1%到5%,而人類現(xiàn)在最高效的太陽能技術(shù),在實驗室里才能超過50%,工業(yè)化利用一般最高在40%左右,而一般的光伏電池能達(dá)到20%到25%就很不錯了。
不管怎么說,地球上所有生物對太陽光的直接利用都太少。而太陽能一般被轉(zhuǎn)換為水勢能(水循環(huán))、風(fēng)能(大氣環(huán)流)等各種形式留存在地球上。
我們整個宇宙都被熵主宰,有一種命運叫“熱寂”。
宇宙最低熵的能量是氫,恒星就是消耗氫,產(chǎn)生了次一級的能量:熱輻射太陽能。
太陽給地球提供低熵易用的太陽能,其形式主要是可見光光子。
這些低熵的能量,在地球上通過各種各樣的轉(zhuǎn)換,被層層消耗,最后轉(zhuǎn)變?yōu)楦哽刂档男问捷椛涞?,也就是紅外線。
地球每接收到一個可見光光子,就會向太空輻射了約20個紅外光子。
也就是說,雖然地球吸收和釋放的能量平衡,但熵值升高了20倍。
事實上,目前太陽是我們有用能量的唯一來源,它是太陽系里寒冷黑暗的星空中唯一發(fā)光發(fā)熱的恒星。
如果,一天整個星空是跟太陽一樣的溫度,我們的星球會接收到更多能量,但是地球會迅速平均化達(dá)到一個高熵的平衡狀態(tài)。
所有溫度和太陽一樣,這樣就不可能開車或生存,不是因為能量缺乏,而是因為所有能量平均后,就什么事都做不了。
在平衡狀態(tài)下,所有能量都變成了沒用的高熵能量,永遠(yuǎn)不會變化,也就永遠(yuǎn)沒有運動,這就是宇宙毀滅的熱寂說。
萬物都化為了能量,然而卻是能量平衡狀態(tài)的的死寂。
當(dāng)一切都變成高熵,時間的方向也會消失,時間變得沒有意義。
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