這是一個有趣的問題,雖然我在以前的文章中曾經解釋過其中的原理,但是我覺得還是有必要從另一個角度來分析一下這個問題,因為其中蘊含著更深刻的,有關科學思維的事情。
天生的邏輯遠不如后天培養的邏輯
首先我們要知道,為什么提問者會認為“熱”與“冷”是兩種元素。
科學思維真的是反直覺的,我們認識世界,并在事物間建立因果關系是進化賦予的,但是這種能力并不完善,解決不了太復雜的問題。在生物行為學上有一個非常著名的實驗,叫“迷信的鴿子”,美國心理學家納金斯設置了若干個機械喂食裝置,每臺機器面前都守著一只希望獲得食物的鴿子,這個機器的投食間隔是設定是固定的15秒(后來加到了60秒)。
實驗進行了幾天后后,神奇的事情發生了,這些鴿子紛紛開始做起奇怪的運作來,有的不停地點頭,有的不停的跳,還有的開始瘋狂地逆時針旋轉。這些鴿子看起來就像是……正在執行某種奇特的宗教儀式。
這是因為生物本能地需要尋求適應環境的方法,所以在大腦中必然將“獲得食物”與“自己的某種努力”聯系在一起。于是因為巧合,鴿子在某個運作時出現了一次喂食,于是它嘗試著重復這個動作,恰好食物再一次出現了,于是鴿子就將“獲得食物”與“動作”聯系在了一起。

▲實驗者
鴿子將有前后時間關系的兩件沒有內在邏輯的事聯系在了一起,其實就是迷信的本質。普通人雖然不會上這種固定時間的當,但如果將時間變成隨機的,也會發生同樣的事。但是如果參與實驗的是科學家,那么他們就會用統計學的方法研究投食機制,最終明確“隨機”的事實。也就是說,經過科學思維的鍛煉的認識方法是強大而有力的,也是超越生物本能的。
提問者與多數普通人相似,其實我們的義務教育并沒有將科學思維普及給大家(當然外國其實也沒好多少)。所以人們常常會以自己認識世界的觀念去理解世界,然后提出一些讓人哭笑不得的問題,這個問題就是個典型。
冷始終在參與發電
好的,說了這么多,還是得解釋一下這個問題。其實只要把理解世界的概念修正為科學的,問題也就自然解決了。首先我們得知道“熱”與“冷”是一對相對的概念,二者是相對存在的,沒有冷哪來的熱呢?也就是說,當我們意識到“熱”可以用于發電的時候,也就必然已經包含了這樣一個事實——“冷”已經參與了發電。
一定的溫度本身并沒有發電的能力,想象一下有一個處處都是1000℃的環境,那么任何用“熱”發電的機器都無法運轉。我們需要的是溫度差,只有能將“熱”排放到“冷”中的條件,才能讓“熱”流動起來,變成電能。這就像是高處的水,只有在流向低處時才能發電,如果它只能一直呆在高處,那么我們就不能認為其中存在著可利用的能量。
如果要解釋得更深入一點,就需要涉及到“熵”的概念了,熵是物理體系混亂度的衡量單位,本質上來說,任何能量的變化都是熵的流動。因為對我們有意義的是“有序”而非“混亂”,所以通常會用“負熵”來描述。
“負熵”擁有不可逆轉的流動方向,在一個封閉的體系中只能減少不能增加。所以當我們想獲得某種能源時,其實是想獲得能量上攜帶的負熵。可有意思的是,熱能其實是所有能量中負熵較低的,而電能則是負熵較高的,要怎么樣才能讓負熵實現“逆向流動”呢?
當然,人類是沒有能力改變物理規則的,但是我們可以用一些其它的手段,在滿足基本條件的情況下也能獲得更多負熵,那就是富集——把熱能中低密度的負熵集中到高密度的電能中來,這么做要付出的代價就是消耗掉一些負熵,這樣就不會違背熵不可逆流的規則。
消耗負熵,其實也就是增加熵(所以負熵不能逆流的規則叫熵增定律),那么這些多余的熵要如何排放出去呢?當然是排放到環境中去,也就是“冷”的地方,接受了來自熱源的排放——尾氣或是冷卻蒸汽后,冷的地方變熱了一點,熵也就增加了一點,于是負熵的流動就可以成立,發電機也就可以正常運行了。
這就是用“冷”發電的答案了,我們一起都在利用著“冷”發電,自然也就沒什么可研究的啦,我是酋知魚,一條不會發電的科學作者,歡迎關注!