  在構(gòu)思這篇卡諾的時(shí)候，我就突然想到了一個(gè)問(wèn)題，你覺得是什么推動(dòng)了人類技術(shù)的發(fā)展呢？ 是勤奮？是聰明才智？還是堅(jiān)忍不拔的勇氣？我想，一言以蔽之，懶！  人類似乎天生就想躺平，過(guò)一種無(wú)憂無(wú)慮的太上皇生活，比如，人們孜孜不倦地試圖發(fā)明各種永動(dòng)機(jī)就是一個(gè)典型的代表。 實(shí)際上，人類構(gòu)思的永動(dòng)機(jī)大致可以分為兩種，第一種，不需要從外界獲取能量就能對(duì)外釋放能量，很顯然，這違背了熱力學(xué)第一定律，即能量不可能憑空產(chǎn)生，也不會(huì)無(wú)故消失，已經(jīng)被焦耳等人敲碎了。第二種，人們知道能量都不是白給的之后，想到做功可以完全轉(zhuǎn)化成能量，那么這個(gè)過(guò)程是否可以逆轉(zhuǎn)呢？比如我們可以從一個(gè)熱源中（大海）獲取能量，而后轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，這樣豈不是也是一臺(tái)近似的永動(dòng)機(jī)？ 然而，總有那些“不識(shí)好歹”的人會(huì)站出來(lái)將“美夢(mèng)”敲碎，與其天馬行空地想象，不如腳踏實(shí)地地做事，這次出來(lái)碎夢(mèng)的人，是一個(gè)法國(guó)工程師薩迪·卡諾。當(dāng)然，他一開始也是奔著永動(dòng)機(jī)去的，結(jié)果跑到一半發(fā)現(xiàn)不可能。  卡諾于1796年6月1日出生于巴黎，比法國(guó)數(shù)學(xué)家蒙日小一輩，當(dāng)時(shí)正值法國(guó)革命期間，卡諾的父親曾經(jīng)在拿破侖執(zhí)政時(shí)擔(dān)任要職，拿破侖倒臺(tái)后，父親被流放，青年時(shí)期的卡諾也倍遭歧視。 1812年，卡諾考入巴黎綜合理工大學(xué)，1819年，他考上了巴黎總參謀軍團(tuán)，該軍團(tuán)才剛剛創(chuàng)立沒多久，因此內(nèi)部組織比較松散。卡諾在此學(xué)習(xí)的期間，對(duì)工業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了興趣。當(dāng)時(shí)，工業(yè)革命已經(jīng)開始了，瓦特雖然改良了蒸汽機(jī)，但效率仍舊不高?？ㄖZ的父親曾經(jīng)研究過(guò)這個(gè)問(wèn)題，他在自己的著作中或隱或現(xiàn)地提出了這么一個(gè)概念，即蒸汽機(jī)在做功的時(shí)候，會(huì)伴隨著能量的大量損耗。為此，他提出了“父親版”的卡諾原理。 1824年．兒子卡諾在父親的基礎(chǔ)上，提出了升級(jí)版的卡諾定理，這個(gè)定理在人類史上是如此的重要，以至于成了熱力學(xué)第二定律的先導(dǎo)。他這么說(shuō)道：“為了以最普遍的形式來(lái)考慮熱產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原理，就必須撇開任何的機(jī)構(gòu)或任何特殊的工作物質(zhì)來(lái)進(jìn)行考慮，就必須不僅建立蒸汽機(jī)原理，而且要建立所有假想的熱機(jī)的原理，不論在這種熱機(jī)里用的是什么工作物質(zhì)，也不論以什么方法來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)它們?！?/strong>  卡諾設(shè)計(jì)一種理想的熱機(jī)，被稱為卡諾熱機(jī)，其遵循卡諾循環(huán)。簡(jiǎn)單來(lái)講，所謂的卡諾循環(huán)就是有兩個(gè)裝置，一個(gè)溫度高，一個(gè)溫度低，當(dāng)這兩個(gè)熱源的溫度差越大時(shí)，卡諾循環(huán)的效率也就越大。但是，卡諾循環(huán)的效率總是小于1的，除非其中那個(gè)低溫?zé)嵩吹臏囟仁?K，但熱力學(xué)第三定律告訴我們，絕對(duì)零度是永遠(yuǎn)不可能達(dá)到的，只能無(wú)限逼近。  而且，工作物質(zhì)，也就是材料從高溫?zé)嵩次諢崃?，?jīng)過(guò)卡諾循環(huán)之后，總要放出一部分熱量到低溫?zé)嵩粗腥ィ拍芑謴?fù)到初始狀態(tài)。這也就意味著，當(dāng)熱量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的時(shí)候，總會(huì)有熱量遺失。一切熱機(jī)效率是不可能超過(guò)卡諾熱機(jī)的。再者，卡諾熱機(jī)中熱傳遞是可逆的，而現(xiàn)實(shí)中的熱傳遞，都是有方向性的，在沒有外力做功的情況下，熱量只能從高溫傳遞到低溫物體或部分，這是熱力學(xué)第二定律給我們?cè)O(shè)置的一條紅線。 所以，那些想從外界獲得源源不斷的熱量從而周而復(fù)始地做功的朋友，洗洗睡吧，卡諾告訴了你，這不可能的。現(xiàn)實(shí)世界中總有極限，哪怕是一個(gè)人的賺錢能力，都有極限，今兒躺賺一個(gè)W，明兒躺賺一個(gè)W，如此以往，一年不就是365個(gè)W嗎？更何況，現(xiàn)實(shí)世界不能簡(jiǎn)單地進(jìn)行線性遞推。 當(dāng)時(shí)的人們對(duì)于熱是什么依舊摸不清頭腦，卡諾一開始認(rèn)同“熱質(zhì)說(shuō)”，他之所以要借助于“熱質(zhì)”，是為了便于通過(guò)蒸汽機(jī)和水輪機(jī)的形象類比來(lái)發(fā)現(xiàn)熱機(jī)的規(guī)律。在卡諾看來(lái)，“熱質(zhì)”正如水從高水位流下推動(dòng)水輪機(jī)一樣，它從高溫?zé)嵩戳鞒鲆酝苿?dòng)活塞，然后進(jìn)入低溫?zé)嵩础Ｔ谡麄€(gè)過(guò)程中，推動(dòng)水輪機(jī)的水沒有量的損失；同樣，推動(dòng)活塞的“熱質(zhì)”也沒有損失。為了避免混亂，卡諾在談到熱量、或熱與機(jī)械功的關(guān)系時(shí)，就不用“熱質(zhì)”一詞，而改用“熱”。 不過(guò)后來(lái)，卡諾就拋棄了自己的“熱質(zhì)學(xué)說(shuō)”，同時(shí)期的物理學(xué)家奧古斯汀-讓·菲涅爾認(rèn)為，其實(shí)光和熱是一種相似的現(xiàn)象，這也很容易理解，當(dāng)我們站在太陽(yáng)底下時(shí)，會(huì)有一種暖洋洋的感覺。既然光是物質(zhì)粒子振動(dòng)的結(jié)果，那么熱是不是也是這樣的原理呢？他認(rèn)為，熱并不是一種虛無(wú)縹緲的沒有任何質(zhì)量的幻覺，而是一種實(shí)質(zhì)性的，是一種物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式。  遺憾的是，作為熱力學(xué)奠基人之一，卡諾英年早逝，且活著的時(shí)候默默無(wú)聞。 1832年6月，卡諾患了猩紅熱，不久后轉(zhuǎn)為腦炎，他的身體受了致命的打擊，后來(lái)他又染上了流行性霍亂，不久之后去世，年僅36歲。 卡諾活著的時(shí)候是孤獨(dú)的，他的著作無(wú)人問(wèn)津，直到去世兩年后，他的《關(guān)于火的動(dòng)力》才獲得了第一個(gè)認(rèn)真的讀者——克拉珀龍。卡諾的朋友羅貝林在法國(guó)的《百科評(píng)論》中這樣說(shuō)道：“卡諾孤獨(dú)地生活、凄涼地死去，他的著作無(wú)人閱讀，無(wú)人承認(rèn)?！?/strong> 麥克斯韋后來(lái)給予了卡諾高度的評(píng)價(jià)，認(rèn)為他的學(xué)術(shù)無(wú)人問(wèn)津的原因有三點(diǎn)，第一是因?yàn)檎螇浩?，畢竟他的父親曾效忠于拿破侖，第二是卡諾年紀(jì)輕輕就去世了，第三是因?yàn)樗?dāng)時(shí)未混入主流的法國(guó)學(xué)術(shù)圈。 如果我們能從卡諾的故事中獲得一些啟發(fā)的話，無(wú)疑，學(xué)術(shù)環(huán)境的自由是必不可少的，其次，好好活著，好好健身，活得久一點(diǎn)，那么才有更多機(jī)會(huì)獲得成功。當(dāng)然，最重要的是，不要閉門造車，要多和別人交流，要向主流看齊，至少主流學(xué)術(shù)圈的根基非常牢固。如果你非要說(shuō)科學(xué)的本質(zhì)就是懷疑，因此對(duì)那些專家不屑一顧，反而自己搗鼓永動(dòng)機(jī)，說(shuō)一切皆有可能，那我只能說(shuō)，我從未見過(guò)如此厚顏無(wú)恥之人。 |
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