Вічний двигун, або латинською мовою “перпетум мобіле”, являє собою гіпотетичну машину, яка могла б функціонувати вічно після надання їй початкового імпульсу і без необхідності подальшого підведення енергії до неї.
Закони термодинаміки
Щоб зрозуміти, можливий або неможливий перпетум мобіле, слід згадати перші два закони термодинаміки:
- Перший закон термодинаміки говорить: “Енергія не створюється і не знищується, вона може лише переходити в різні стани і види”. Тобто якщо над даною системою здійснюють роботу або вона обмінюється теплом із зовнішнім середовищем, то її внутрішня енергія змінюється.
- Другий закон термодинаміки. Згідно з ним, “ентропія Всесвіту прямує збільшитися з плином часу”. Цей закон вказує, в якому напрямку буде протікати термодинамічний процес мимовільно. Крім того, з цього закону випливає неможливість переходу енергії з одного виду в інший без втрат.
Вічний двигун першого та другого роду
Вічний двигун, або латинською мовою perpetuum mobile, буває двох пологів:
- Вічний двигун першого роду являє собою машину, яка постійно працює без підведення зовнішньої енергії і при цьому здійснює яку-небудь роботу. Тобто перпетум мобіле першого роду, не суперечить першому закону термодинаміки, тому, до речі, він і отримав назву двигуна першого роду.
- Вічний двигун другого роду – це будь-яка машина, яка працює з періодичними циклами, перетворюючи один вид енергії в інший, наприклад, механічну в електричну і навпаки, без будь-яких втрат у процесі цього перетворення. Тобто вічний двигун (перпетуум мобіле) другого роду суперечить другому закону термодинаміки.
Неможливість існування
Вічний двигун першого роду суперечить фундаментального закону фізики про збереження енергії ізольованої системи, тому існувати не може. Що стосується perpetuum mobile другого роду, то він також неможливий, оскільки в будь-якому працюючому двигуні відбувається розпорошення енергії різними способами, головним чином, у вигляді тепла.
Враховуючи, що закони термодинаміки перевірені кількома століттями дослідів та експериментів і ще жодного разу не дали збій, можна сміливо говорити, що будь-які проекти вічних двигунів – це обман. Такі проекти часто виникають у різноманітних релігійних гуртках, в яких присутні вірування про нескінченних джерелах енергії і так далі.
Крім того, час від часу з’являються різні уявні “парадокси”, які, здавалося б, демонструють працездатність тих чи інших перпетум мобіле. У всіх цих випадках мова йде про помилки в розумінні законів фізики, тому такі уявні “парадокси” є повчальними.
Історичні пошуки вічних двигунів і їх важливість для розвитку людства
Закони термодинаміки були остаточно встановлені у другій половині XIX століття. Згідно з ним, будь-яка працююча машина не може перекладати енергію з одного стану в інший з коефіцієнтом корисної дії, рівним 100%, не кажучи вже про постійне постачання енергією інших систем без підведення її до самої машині.
Незважаючи на це, багато людей у ході історії і донині шукали і продовжують шукати різні конструкції працюють вічних двигунів, які можна порівняти зі своєрідним “еліксиром молодості” в області механіки.
Всі проекти таких машин полягають у використанні різних ваг, кутів, фізичних або механічних властивостей конкретних субстанцій, які можуть рухатися постійно і навіть створювати надлишкову кількість корисної енергії. Говорячи про сучасний часу і його величезних енергетичних потребах, можна зрозуміти важливість перпетум мобіле, який би став справжньою революцією в розвитку людства.
Повертаючись в історію, слід сказати, що перші відомі проекти вічних двигунів почали з’являтися в середньовічній Європі. Вважають, що першою моделлю вічного двигуна стало відповідне винахід в Баварії в VIII столітті нашої ери.
Відомі проекти вічних двигунів в Середні століття
На жаль, до цього часу нічого не відомо про існування проектів перпетум мобіле в суспільствах до Середніх століть. Не збереглася жодна інформація про те, що стародавні греки або римляни створювали такі машини.
Самим давнім винаходом вічного двигуна, що відомо людству, є магічне колесо. Хоча не збереглося зображень цього винаходу, історичні писемні джерела говорять, що воно відноситься до часу існування Імперії Меровінгів на території сучасної Баварії в VIII столітті. Однак деякі історики говорять про те, що дана машина не існувала насправді і що вся інформація про неї є легендою.
Бхаскара був відомим індійським математиком, який визнається найбільш впливовим вченим Середніх віків на своєму континенті. Його роботи, що стосуються диференціальних рівнянь, що передують на 5 століть аналогічним робіт Ньютона і Лейбніца. Близько 1150 року Бхаскара придумав колесо, яке повинно було обертатися вічно. На жаль, цей винахід так і не було сконструйовано, але воно є першим безсумнівним свідченням спроб створення вічного руху.
Першим винаходом вічного двигуна в Європі є машина відомого французького масона і архітектора XIII століття Виллара де Оннекура. Точно не відомо, чи було його винахід сконструйоване, але у щоденниках Виллара де Оннекура знаходять зображення його perpetuum mobile.
Легендарний інженер і винахідник з Флоренції Леонардо да Вінчі також створив кілька машин – вічних двигунів, і в цьому плані він випередив на кілька століть свого часу. Дані машини, природно, виявилися непрацездатними, і вчений зробив висновок про неможливість існування вічних двигунів у фізиці.
Вічні двигуни Нового часу
З настанням Нового часу винахід вічного двигуна стало популярним заняттям, і багато винахідники витрачали свій час на створення такої машини. Пов’язаний цей бум насамперед з успіхом в розвитку механіки.
Так, італійський винахідник XVI століття Марк Зимара сконструював вічно працює млин, а голландець Корнеліус Дреббель присвятив одне з таких винаходів англійському королю. У 1712 році інженер Йоганн Бесслер проаналізував понад 300 подібних винаходів і вирішив створити власний перпетум мобіле.
У підсумку, в 1775 році члени королівської академії наук в Парижі видали указ про те, що не будуть приймати будь-які винаходи, які асоціюються з тематикою вічного двигуна.
Уявні експерименти
У теоретичної фізики часто використовують уявні експерименти, за допомогою яких намагаються перевірити фундаментальні фізичні закони. Щодо теми вічних двигунів, можна назвати наступні проекти:
- Демон Максвелла. Мова йде про порушення другого закону термодинаміки, коли гіпотетичний демон розділяє суміш газів. Цей уявний експеримент дозволяє зрозуміти суть ентропії системи.
- Вічний двигун Річарда Фейнмана, який виконує роботу за рахунок термічних флуктуацій і тому може працювати вічно. В дійсності він буде працювати до тих пір, поки навколишнє середовище має більш високу температуру, ніж сам двигун.
Остаточно мертва надія створити вічний двигун?
Ми не можемо з упевненістю стверджувати, що ніколи не буде придумано механізму, здатного працювати вічно, оскільки людство ще багато чого не знає про Всесвіт, в якій живе. Можливо, буде відкрито вид екзотичної матерії, наприклад, чорна матерія в космосі, про яку майже нічого невідомо. Поведінка цієї матерії може змусити переглянути закони термодинаміки. Ці закони є настільки фундаментальними, що будь-яка їх зміна за своїми масштабами буде аналогічно впливу теорії Альберта Ейнштейна на закони класичної механіки Ісаака Ньютона і на розвиток фізики в цілому. Також можливо, що вічний рух існує в об’єктах, поведінка яких підпорядковується квантової механіки.
