地球一直在吸收太陽的能量,為何還會出現能源短缺呢?
更新于:2025-03-26 19:30:04

在科技的洪流中,我們人類所掌握的技術尚不能全盤捕獲所有的能量形態,而在這其中,低熵能量的價值尤為顯著。

太陽每秒向地球傾瀉的能量究竟有多少?

太陽,每時每刻都在進行的電磁輻射壯麗而浩大,其總量為3.827×10^26瓦,這樣的功率有一個專屬名詞,我們稱之為光度值。

太陽常數則是一個更為具體的概念,代表著在地球表面一平方米的面積上每秒所能接收的太陽能量,數值為1367瓦特。

基於地球127,400,000 平方公里的截面積進行計算,我們便能得出地球每秒從太陽獲得的能量約為1.74×10的17次方焦耳,這數量之巨,足以滿足人類所需的數千倍。

然而,大氣層的存在約有34%的太陽光被反射回太空。

因此,真正抵達地表的太陽能量大約為每秒1.15×10的17次方焦耳。

比較起來,美國在1945年戰爭中投放於廣島和長崎的原子彈釋放的能量大約為5.5×10的13次方焦耳,也就是說,地球每秒所吸收的太陽能量等同於2091顆那樣的原子彈的威力。

雖然如此,隨著地球溫度的升高,熱量還是會以紅外線的形式自地表散出。

熱量的散發量通常與地球溫度成正比,溫度越高,散發就越多。在溫度達到穩定時,吸收的能量便與散發的能量持平。

關鍵並非在於能量的多寡,而在於其中有多少是有用的低熵能量。

此處插一句,二氧化碳濃度升高後,原本會散發到太空的紅外線有一部分會被反射回地面,使得熱量不易散失,這便是我們熟悉的“溫室效應”。

低熵能量才具有實際價值,而熵的增長則是不可避免的過程。

根據能量守恆定律,封閉系統內的能量總量是固定的,但能量的有效價值卻在不斷下降。

例如,大壩後的水蘊含著有用的能量,它會不斷下流直至兩邊水位持平,而非逆流而上。

再比如,一杯熱騰騰的水也擁有有效的能量,能夠融化冰塊,使水溫達到適中。

但你絕不會見到在能量總量不變的情況下,一杯溫水能變成熱水同時又能自發地產生冰塊。

換句話說,有用的能量必須是不平衡的,這就是低熵能量的根本特徵。

我們只能利用低熵能量,而高熵的無用能量則無法為我們所用。

例如,馬路上的車輛噪音、地面上物體的勢能、地球每晚向太空散發的紅外線等,都是無法利用的高熵能量。

相反,汽油與空氣中蘊含的低熵化學能量,在燃燒時便可驅動汽車行駛。整個過程能量總量不變,但那些有用的化學能量最終轉化為無用的熱量和噪音。

封閉系統中,能量從低熵向高熵的轉變是不可逆的,這正是熱力學中的熵增原理。

地球對太陽能的利用率同樣不高。

除了以紅外線方式散發到太空的無用能量,全球植物對太陽能的利用率也僅有1%至5%,而最高效的太陽能技術在實驗室條件下也只能達到50%以上,實際工業應用則一般在40%左右,普通光伏電池若能達到20%至25%已屬不易。

無論如何,地球上的生物對太陽能的直接利用遠遠不足。太陽能通常被轉化為水勢能(水迴圈)、風能(大氣環流)等形式,在地球上以各種方式儲存。

我們所處的宇宙被熵所主導,存在一個名為“熱寂”的命運。

氫是宇宙中最低熵的能量形式,恆星消耗氫,產生次一級的能量——熱輻射太陽能。

太陽為地球提供了低熵、易於利用的太陽能,主要形式為可見光光子。

這些低熵能量在地球各式各樣的轉換中被逐漸消耗,最終以紅外線的形式輻射出去,成為高熵值的能量。

每當地球接收到一個可見光光子,就會向太空發射約20個紅外光子。

這意味著,儘管地球的能量吸收與釋放保持平衡,但熵值卻增長了20倍。

事實上,太陽是我們有用能量的獨一無二的來源,在寒冷黑暗的宇宙中,它是唯一一個發熱發光的天體。

試想,如果整片星空都與太陽的溫度相等,地球將接收到更多的能量。然而,隨之而來的是地球迅速達到一個高熵的平衡狀態。

一旦所有的天體溫度與太陽持平,那麼將無法開車,也無法生存,不是因為缺乏能量,而是因為所有能量一旦平均分配,便無法驅動任何事物。

在平衡狀態下,所有的能量都化為無用的高熵能量,永恆不變,運動亦隨之停止,宇宙走向了熱寂的終點。

萬物都化為了能量,卻沉寂在能量平衡的靜谧之中。

時間失去了方向,也失去了其存在的意義。

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2025-03-26 02:16:35