地球这个大家伙，在太阳系里至少有46亿年的时间。它每天都以极高的速度自转，每年围绕太阳公转一周。如果不出意外，它可以转向太阳死亡，这个时间估计是70亿年后。

太阳死后会变成一颗白矮星，和地球一样大，但是密度非常大。如果此时地球还存在，它将继续围绕这颗恒星的残骸运行。

除了地球，这种自转运动在太阳系，甚至银河系，乃至整个宇宙中都非常普遍，因为宇宙大尺度的物质结构就是这样形成的。

这样就产生了一个问题，这个问题好像是矛盾的。

13世纪，人类梦想建造一台可以在地球上永远运转的机器。

不需要外力的作用，也就是不需要能量输入，可以一直自己旋转或者移动，不管是扭矩的变化还是一些花哨的操作。

但是无数的尝试都失败了，包括15世纪的机械大师达芬奇，17世纪的英国波义耳。动机无法在地球上实现。

为什么？其实最直接的原因是，无论你在地球上制造什么样的机器，无论你的结构多么精巧，无论你的设计多么合理，都避免不了一个问题；

是机械运转产生的摩擦力，与空气、重力作用。

这些都可以统称为阻力，会不断地耗尽机械转动的初始动量，直到停止。

为了抵抗这些阻力，你必须给旋转系统提供一个与所有阻力相等的力，以保证它在惯性下保持运转。

如果你还想让这个系统对外做功，那么这个力就必须大于整个系统的阻力。

于是就有了各种奇怪的机器。依靠自己的旋转来为自己提供抵抗阻力的力量。好比踩着自己的左脚，拽着自己的头发上天堂。

根本原因是违反了能量守恒定律。

也就是说，孤立系统的能量是守恒的，需要外部输入来增加。你不能在一个孤立的系统中自己创造能量。

说到这里，地球上之所以不能造出永动机，似乎是因为阻力的存在。那么我们拿一个轮子或者把它扔进宇宙深处怎么样？如果周围没有其他引力源的干扰会怎样？

牛顿给出了答案，任何物体在没有外力作用的情况下都会保持原来的运动状态。它要么是静止的，要么是匀速直线运动的。

运动是事物的本质，只要你给轮子提供一个初始的转动动量，只要没有外力干扰，它就会一直转动下去，直到时间结束。

地球就是这样。46亿年前形成太阳系的椭圆形气体云在引力作用下开始坍缩，首先会形成一个原行星盘。

因为这个椭圆形气体云中的气体分子和原子会进行大量的不规则运动，所以整个巨大的气体云会有极其缓慢的旋转动量。

比如你在水槽里放一池水，等水面稳定下来，然后打开排水孔，过一会儿你会看到整个水面会形成一个漩涡流动向下，漩涡的速度会越来越快。

这是整个水池内部微小的旋转动量随着体积变小而被放大的效果。以前有人说罐内的涡流是地球自转的偏转力造成的，但并不准确。

移动河里的涡流可以用地球自转的偏转力来解释，但是我们家的小水槽里的涡流并不是地球自转引起的。

如果真是这样，那我们人类应该也能感受到北半球和南半球不同的地转偏转力吧。难道走路不小心就会偏向吗？

现在我们回到太阳系的形成！当气体云坍缩时，根据角动量守恒定律，质量分布变得更紧密，气体云旋转得更快，（类似于溜冰者），给整个原行星盘带来相当大的旋转速度。

有了初始的自转动量，地球，包括太阳在内的各大行星基本都是逆时针自转，所有行星都逆时针公转。

下一个问题是，地球的自转公转是否违反能量守恒定律？是否违反了我们所说的“永动机”？

其实地球的运动可以说是一个“永动机”，但也不完全正确。毕竟总有一天它会因为日月的潮汐引力而停止自转。100年的每一天都会增加大约0.002秒。

但是这个时间尺度很长。估计要等到太阳系毁灭，地球被太阳吞噬，这样的事情才会发生。

地球的公转是一样的，不可能永远持续下去。在太空中，两个有质量的物体相互旋转，会引起和电荷在电场中旋转一样的现象。电荷会释放电磁辐射，质量物体会释放引力辐射，带走轨道能量。

所以，地球的公转轨道一直在衰减，总有一天会盘旋进入太阳。因此，在宇宙中旋转的天体确实不具有严格意义上的永动机。

不过，即使它们永远运动，也符合科学理论，不违反能量守恒定律，是能量守恒和牛顿惯性定律的真实例子。如果把地球拿出太阳系，单独放在宇宙深处，由于角动量守恒，它会一直自转，因为它不对外做功，不受阻力的影响，所以不需要外力和能量在惯性作用下才能保持旋转。

在公转轨道上也是一样，地球本身垂直于太阳引力方向做匀速直线运动，但是它受到指向太阳中心的引力加速度，所以改变了运动速度（速度是矢量），所以它一直绕着太阳运行。

重力只是这个公转系统中的外力，所以地球公转并不违反能量守恒定律。它也不违反我们所说的永动机。