Перпетум мобиле — вечный двигатель¶
Перпетум мобиле (от лат. perpetuum mobile — «вечно движущееся») — гипотетический механизм, который способен совершать работу бесконечно долго без внешнего источника энергии либо производить больше энергии, чем потребляет. Такое устройство противоречит фундаментальным законам физики, поэтому его создание признано невозможным, а сам термин стал обозначением заведомо неосуществимой задачи.
¶История идеи
Идеи вечного двигателя известны с античности. Уже в ранних философских текстах встречались описания самодвижущихся колёс и механизмов. В Средневековье проекты перпетум мобиле разрабатывались в Европе и исламском мире; в Индии и Тибете описания подобных устройств фигурировали в религиозных и философских текстах.
В XVI–XVIII веках идея перпетум мобиле получила широкое распространение в Европе. Множество изобретателей предлагали конструкции вечных двигателей, надеясь на практическую реализацию. В 1607 году английский инженер-механик Джон Уилкинс описал несколько схем вечного двигателя. В XVIII веке интерес к теме вырос настолько, что в 1775 году Французская академия наук приняла решение не рассматривать заявки на устройства perpetual mobile. Аналогичную позицию позже заняли Британское королевское общество и другие научные организации.
В XIX веке, с формированием термодинамики, стало очевидно, что вечный двигатель невозможен в принципе. В 1842 году Джеймс Джоуль экспериментально доказал закон сохранения энергии. С этого момента идея перпетум мобиле окончательно перешла из области инженерных проектов в область псевдонауки.
¶Классификация
Различают два класса вечных двигателей:
| Класс | Описание | Противоречие |
|---|---|---|
| Перпетум мобиле первого рода | Устройство, совершающее работу бесконечно, не получая энергии извне | Закон сохранения энергии (первое начало термодинамики) |
| Перпетум мобиле второго рода | Устройство, преобразующее теплоту окружающей среды в работу без каких-либо других затрат | Второе начало термодинамики |
Перпетум мобиле первого рода нарушал бы закон сохранения энергии: устройство должно было бы создавать энергию из ничего. Перпетум мобиле второго рода формально не противоречил закону сохранения энергии, но нарушал бы второе начало термодинамики, поскольку предполагал бы полное преобразование теплоты в работу без потерь и без передачи теплоты более холодному телу.
¶Известные проекты вечных двигателей
За всю историю было предложено множество схем перпетум мобиле. Наиболее известные из них:
- Колесо с грузиками. Классическая конструкция, в которой грузики на спицах колеса расположены так, что рычаг с одной стороны всегда длиннее. Колесо должно было бы вращаться вечно, однако на практике моменты сил уравновешиваются, и колесо останавливается.
- Магнитное колесо Петера фон Геммингена (1663). Устройство, в котором шарики притягивались магнитом, встроенным в корпус, и, достигнув верхней точки, скатывались по жёлобу обратно. После нескольких демонстраций механизм остановился.
- Самотекущий шар Агостино Рамелли. Конструкция со склонными плоскостями и шарами, которые, по замыслу изобретателя, должны были бесконечно перекатываться.
- Гидравлический вечный двигатель — система сообщающихся сосудов, в которой вода циркулировала бы самотёком. На практике вода поднимается до уровня источника и останавливается.
В XIX–XX веках идеи вечного двигателя неоднократно возрождались. В 1900 году нью-йоркский инженер Джон Гринлиф Аффлек запатентовал конструкцию, которую объявил вечным двигателем. В 1980-е годы в СССР и других странах фиксировались случаи обращения изобретателей с проектами perpetual mobile в Государственный комитет по изобретениям.
¶Почему вечный двигатель невозможен
Невозможность перпетум мобиле обоснована тремя фундаментальными законами физики:
- Закон сохранения энергии (первое начало термодинамики): количество энергии в замкнутой системе постоянно. Устройство не может производить работу, не расходуя энергию.
- Второе начало термодинамики: в реальных процессах энтропия системы возрастает, часть энергии неизбежно рассеивается в виде теплоты. Полное преобразование теплоты в работу невозможно.
- Закон сохранения импульса: для непрерывного движения требуется внешняя сила, изменяющая импульс системы.
Все предложенные схемы вечных двигателей на практике останавливаются из-за трения, сопротивления воздуха, необратимых потерь энергии.
¶Перпетум мобиле в культуре
Идея вечного двигателя прочно вошла в культуру и язык. Выражение «вечный двигатель» используется как метафора самоподдерживающегося процесса, не требующего внешнего вклада. В философии концепция вечного двигателя связана с проблемой «первотолчка» — источника начального движения Вселенной.
В современной физике обсуждаются явления, которые внешне напоминают perpetual mobile: сверхпроводимость, сверхтекучесть, вращение нейтронных звёзд. Однако ни одно из них не является вечным двигателем — во всех случаях энергия расходуется или процесс имеет конечную продолжительность.
¶Правовой статус
В ряде стран, включая Россию, патентные ведомства отклоняют заявки на устройства perpetual mobile как заведомо не соответствующие научным основам. Патентное бюро США традиционно требует от изобретателей, подающих заявки на вечный двигатель, работающей демонстрации устройства.
История перпетум мобиле иллюстрирует процесс, посредством которого научное сообщество отделяет проверяемые гипотезы от заведомо несостоятельных. Несмотря на признанную невозможность, идея вечного двигателя продолжает привлекать внимание изобретателей и остаётся объектом исторических и культурных исследований.
Источники:
- «История физики» — учебное пособие
- «Термодинамика» — учебник под ред. В. А. Киреева
- Британская энциклопедия, статья «Perpetual motion»
- БСЭ, статья «Вечный двигатель»