波義爾不光折騰永動(dòng)機(jī)，還是熱力學(xué)的開創(chuàng)者之一，他利用格里克發(fā)明的真空泵研究出了波義爾定律(高中物理都要考的)。在這個(gè)背景下，蒸汽機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，在瓦特大幅提升了蒸汽機(jī)效率之后，工業(yè)革命正式來襲?？茖W(xué)技術(shù)促進(jìn)生產(chǎn)的發(fā)展，反過來工業(yè)效率的提升又極大地加深人們對(duì)科學(xué)原理的認(rèn)知。一大批科學(xué)家投身熱力學(xué)，在他們的研究過程中，人類接觸到了宇宙終極奧義。

熱力學(xué)是一種可以改變?nèi)松^的學(xué)問(圖片來源：google)

能量始終守恒

1842年，德國(guó)物理學(xué)家邁耶提出：在恒壓過程中，用來產(chǎn)生膨脹的熱量與功之間普遍可互換。

1850年，克勞修斯在此基礎(chǔ)上給出了一個(gè)更加明確的說法：在所有熱機(jī)做功的情況下，所消耗的熱量與所做的功成正比;反過來，等量的功產(chǎn)生等量的熱。這就是熱力學(xué)第一定律，也就是能量守恒定律。

這時(shí)候人們終于發(fā)現(xiàn)，任何一個(gè)封閉體系的能量都是一定的，只是從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式。比如你抬起一個(gè)乒乓球，然后放手讓它落下，球的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，速度越來越快，直到彈到地上，動(dòng)能轉(zhuǎn)化成空氣振動(dòng)的機(jī)械能，這就是乒乒乓乓的聲音，除此之外，還將地面和自己也加熱了那么一點(diǎn)點(diǎn)。

(圖片來源：google)

當(dāng)我們打開電燈，電能通過電線輸入，轉(zhuǎn)化為可見的光能，也產(chǎn)生了一點(diǎn)熱能。

我們點(diǎn)燃酒精爐加熱食物，這是蘊(yùn)藏在酒精里的化學(xué)能變成熱能和光能。

就連驅(qū)動(dòng)人體運(yùn)動(dòng)的能量，也來自食物里的化學(xué)能。不吃飯餓肚子，更跑不動(dòng)。

而如果你要想跟造物主耍點(diǎn)小聰明，想要通過精巧的設(shè)計(jì)來創(chuàng)造出額外的能量，上帝會(huì)給你出示警示牌：“對(duì)不起，你沒有權(quán)限!”而如果想要偷取上帝的一點(diǎn)點(diǎn)能量，那更是癡人說夢(mèng)了!

(設(shè)計(jì)臺(tái)詞)上帝：把人類那幫小兔崽子都盯緊了，防火防盜防人類!(圖片來源：wiki)

“額外”的能量存在嗎？

盡管人們?cè)谧匀唤缣綄さ搅艘恍┯腥さ默F(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了看似“額外”的能量，并想辦法去利用它們。但最終仍然是失敗了，因?yàn)槟芰渴睾愣蔁o處不在。當(dāng)然先人的工作仍然很有意義，因?yàn)樗麄償U(kuò)大了我們的認(rèn)知范圍。

1827年，英國(guó)發(fā)明家康格里夫爵士觀察到毛細(xì)現(xiàn)象，水在特別細(xì)的管子里竟然會(huì)自動(dòng)上升，這能量是從哪里來的呢?他就此腦洞大開，設(shè)計(jì)出一套裝置，用滑輪帶動(dòng)一個(gè)斜面，從頂部到底部，貼附了一整圈的海綿，康格里夫相信，由于海綿的毛細(xì)作用，他的裝置會(huì)持續(xù)運(yùn)作。

英國(guó)發(fā)明家康格里夫爵士(圖片來源：wiki)

靠一塊海綿就可以產(chǎn)生無盡的動(dòng)力，這種設(shè)計(jì)當(dāng)然是異想天開了。那么，康格里夫爵士的錯(cuò)誤在哪里呢?

原來，毛細(xì)現(xiàn)象絕非上帝的施舍，或者宇宙系統(tǒng)的bug。水進(jìn)入毛細(xì)管中，水和玻璃的界面增加，玻璃和空氣界面減小，前后的表面張力不同，釋放了一部分表面能，轉(zhuǎn)化成管中水的勢(shì)能。所以，水在毛細(xì)管中的上升，提升的勢(shì)能實(shí)際上來自表面能的變化。

表面能其實(shí)在生活中無處不在，比如水面能放置回形針、硬幣，水蜘蛛可在水的表面漂浮行走等。

水蜘蛛為何能在水面行走?(圖片來源：google)

再比如面粉爆炸，這是一件讓很多人莫名其妙的事情。面粉，這可是用火也很難點(diǎn)著的東西啊!

我們先從制作面粉說起，粉碎機(jī)把小麥加工成很細(xì)很細(xì)的面粉，在這個(gè)過程中，粉碎機(jī)消耗了電能對(duì)小麥做功，一部分能量轉(zhuǎn)化成面粉的表面總能量，被粉碎的程度越大，顆粒越小，表面積越大，那么總表面能也就越大。我們把面粉揚(yáng)在空氣里，看似烏煙瘴氣，實(shí)則高能危險(xiǎn)。當(dāng)每立方米空氣中含有超過9.7g面粉時(shí)，被空氣均勻分散后，比表面能很高的面粉由于與空氣接觸更充分，面粉和空氣這個(gè)系統(tǒng)總的化學(xué)勢(shì)能增加，更容易達(dá)到活化狀態(tài)，一旦遇到火星，甚至只要環(huán)境達(dá)到適當(dāng)?shù)臏囟龋蜁?huì)瞬間燃燒并形成猛烈的爆炸。因此，當(dāng)我們理解了從加工面粉開始的能量變化，就不會(huì)對(duì)面粉爆炸這種現(xiàn)象產(chǎn)生懷疑。

回過頭來，雖然康格里夫爵士犯了錯(cuò)誤，但那是因?yàn)楫?dāng)時(shí)人們還沒有深入了解表面能，他的努力加深了人類對(duì)表面能的理解，所以仍然是有意義的。

面粉廠發(fā)生爆炸(圖片來源：wiki)

與之類似的還有克魯克斯的光能輻射計(jì)，在一個(gè)局部真空管里放置一組金屬葉片，所有葉片一側(cè)是拋光或白色的，另一側(cè)是黑色的。當(dāng)用光照射時(shí)，葉片竟然會(huì)自發(fā)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，這個(gè)裝置也被稱為“太陽風(fēng)車”。

(圖片來源：wiki)

克魯克斯的這個(gè)神器被制造出來以后，一時(shí)間各種解釋紛紛來襲，引發(fā)了巨大的爭(zhēng)論，連大神麥克斯韋也參與其中。后來，真正被科學(xué)界接受的解釋是雷諾斯于1879年作出的，恰逢這一年麥克斯韋去世，而麥神又曾批評(píng)過雷諾斯的這一解釋，因此雷諾斯的論文未能及時(shí)發(fā)表，理由是：“麥神剛一去世，就發(fā)表你的論文，不太好吧?”這反而讓“太陽風(fēng)車”增加了一層神秘色彩。直到現(xiàn)在，作為激發(fā)孩子好奇心的玩具，很多學(xué)校和博物館里仍然展示著“太陽風(fēng)車”。我們雖然知道這絕不是傳說中的永動(dòng)機(jī)，而是光能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，但有關(guān)其最準(zhǔn)確最細(xì)節(jié)的解釋，非相關(guān)方向的物理學(xué)教授也很難給出。

現(xiàn)在我們有了更好的方法，可以直接將光能轉(zhuǎn)化成電能，那就是光伏。

再比如居里夫人提取出鐳元素后，一到夜間，她的板屋就成了一個(gè)精靈的世界，玻璃、紙張、甚至衣服都在閃閃發(fā)光。那是鐳一刻不停地釋放著光、熱以及那不可見的、含有巨大能量的射線。一時(shí)間，無數(shù)科學(xué)家開始質(zhì)疑居里夫人的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檫@一發(fā)現(xiàn)與牢不可摧的能量守恒定律似乎相悖。

居里夫婦在實(shí)驗(yàn)室觀察鐳(圖片來源：google)

1904年，美國(guó)著名作家馬克吐溫甚至寫了一部短篇小說《與撒旦的交易》，文中的撒旦身高一米八五，體重400千克，他通體由鐳構(gòu)成，所以全身都發(fā)出綠色的冷光，放射性特質(zhì)讓他渾身發(fā)熱，這熱量足以點(diǎn)得著雪茄?？梢娫诋?dāng)時(shí)，全世界都被鐳元素這神奇的能量所驚嘆。

現(xiàn)在我們知道，鐳的強(qiáng)大能量來自原子核反應(yīng)的質(zhì)量虧損，“居里夫人們”對(duì)于放射性現(xiàn)象的研究，帶領(lǐng)我們進(jìn)入了原子能的時(shí)代，我們終于制造出了原子彈、氫彈等核子武器，并享受著核能帶來的便利。

人類通過對(duì)放射現(xiàn)象的理解，進(jìn)入了原子能時(shí)代!(圖片來源：google)