เครื่องเคลื่อนที่ถาวรหรือในภาษาละตินว่า "perpetum mobile" เป็นเครื่องสมมุติที่สามารถทำงานได้ตลอดไปหลังจากให้แรงกระตุ้นเริ่มต้นและไม่จำเป็นต้องจ่ายพลังงานในภายหลัง
กฎของอุณหพลศาสตร์
เพื่อทำความเข้าใจว่า perpetum mobile เป็นไปได้หรือเป็นไปไม่ได้ เราควรจำกฎสองข้อแรกของอุณหพลศาสตร์:
- กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์กล่าวว่า: "พลังงานไม่ได้ถูกสร้างขึ้นหรือถูกทำลาย มันสามารถผ่านไปยังสถานะและรูปแบบต่างๆ ได้เท่านั้น" กล่าวคือ หากทำงานบนระบบที่กำหนดหรือแลกเปลี่ยนความร้อนกับสภาพแวดล้อมภายนอก พลังงานภายในก็จะเปลี่ยนไป
- กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ตามเขา "เอนโทรปีของจักรวาลมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นตามกาลเวลา" กฎข้อนี้บ่งชี้ว่ากระบวนการทางอุณหพลศาสตร์จะไปในทิศทางใด นอกจากนี้ กฎหมายฉบับนี้บอกเป็นนัยถึงความเป็นไปไม่ได้ของการถ่ายโอนพลังงานจากประเภทหนึ่งไปยังอีกประเภทหนึ่งโดยไม่สูญเสีย
เครื่องเคลื่อนไหวถาวรของชนิดที่หนึ่งและที่สอง
Perpetuum mobile หรือในภาษาละติน perpetuum mobile มีสองประเภท:
- เครื่องเคลื่อนที่แบบถาวรประเภทแรกคือเครื่องที่ทำงานอย่างต่อเนื่องโดยไม่ได้รับพลังงานจากภายนอกและในขณะเดียวกันก็ใช้งานได้ นั่นคือการเคลื่อนที่ถาวรของประเภทที่หนึ่งขัดแย้งกับกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงถูกเรียกว่าเครื่องยนต์ประเภทแรก
- เครื่องเคลื่อนที่แบบต่อเนื่องประเภทที่สองคือเครื่องใดๆ ก็ตามที่ทำงานกับวัฏจักรเป็นระยะ โดยแปลงพลังงานประเภทหนึ่งเป็นอีกประเภทหนึ่ง เช่น เครื่องกลเป็นไฟฟ้า และในทางกลับกัน โดยไม่สูญเสียใดๆ ในกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงนี้ นั่นคือเครื่องเคลื่อนที่ถาวร (perpetuum mobile) ประเภทที่สองขัดแย้งกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์
ความเป็นไปไม่ได้ของการดำรงอยู่
เครื่องเคลื่อนที่ถาวรประเภทแรกขัดแย้งกับกฎพื้นฐานของฟิสิกส์เกี่ยวกับการอนุรักษ์พลังงานในระบบที่แยกตัวออกมา ดังนั้นจึงไม่สามารถดำรงอยู่ได้ สำหรับ perpetuum mobile ของประเภทที่สองก็เป็นไปไม่ได้เช่นกันเนื่องจากในเครื่องยนต์ที่กำลังทำงานอยู่ พลังงานจะกระจายไปในรูปแบบต่างๆ ส่วนใหญ่อยู่ในรูปแบบของความร้อน
เนื่องจากกฎของอุณหพลศาสตร์ได้รับการตรวจสอบโดยการทดลองและการทดลองหลายศตวรรษและไม่เคยล้มเหลว เราสามารถพูดได้อย่างปลอดภัยว่าโครงการใดๆ ของเครื่องจักรเคลื่อนที่ถาวรเป็นเรื่องหลอกลวง โครงการดังกล่าวมักเกิดขึ้นในวงศาสนาต่างๆ ซึ่งมีความเชื่อเกี่ยวกับแหล่งพลังงานที่ไม่สิ้นสุดเป็นต้น
นอกจากนี้จิตต่างๆ"ความขัดแย้ง" ซึ่งดูเหมือนว่าจะแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของโทรศัพท์มือถือถาวรบางชนิด ในกรณีเหล่านี้ เรากำลังพูดถึงข้อผิดพลาดในการทำความเข้าใจกฎของฟิสิกส์ ดังนั้น "ความขัดแย้ง" ทางจิตดังกล่าวจึงเป็นคำแนะนำ
การค้นหาเครื่องจักรเคลื่อนที่ตลอดประวัติศาสตร์และความสำคัญสำหรับการพัฒนามนุษยชาติ
กฎของอุณหพลศาสตร์ได้รับการจัดตั้งขึ้นในที่สุดในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 ตามที่พวกเขากล่าวไว้ เครื่องวิ่งใดๆ ไม่สามารถถ่ายโอนพลังงานจากสถานะหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่งได้อย่างมีประสิทธิภาพ 100% ไม่ต้องพูดถึงการจ่ายพลังงานอย่างต่อเนื่องไปยังระบบอื่นโดยไม่ต้องจ่ายให้กับตัวเครื่อง
ทั้งๆ นี้ หลายคนในประวัติศาสตร์และจนถึงทุกวันนี้ต่างก็มองหาและมองหาการออกแบบต่างๆ ของเครื่องเคลื่อนไหวตลอดเวลาที่ทำงานอยู่ ซึ่งเปรียบได้กับ "ยาอายุวัฒนะ" ชนิดหนึ่งใน สาขาช่างยนต์
การออกแบบเครื่องจักรดังกล่าวทั้งหมดขึ้นอยู่กับการใช้ตุ้มน้ำหนัก มุม คุณสมบัติทางกายภาพหรือทางกลของสารเฉพาะที่สามารถเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องและแม้กระทั่งสร้างพลังงานที่มีประโยชน์ในปริมาณที่มากเกินไป เมื่อพูดถึงยุคปัจจุบันและความต้องการพลังงานมหาศาล เราสามารถเข้าใจถึงความสำคัญของ perpetum mobile ซึ่งจะกลายเป็นการปฏิวัติที่แท้จริงในการพัฒนามนุษยชาติ
ย้อนกลับไปในประวัติศาสตร์ การออกแบบเครื่องเคลื่อนไหวถาวรที่เป็นที่รู้จักครั้งแรกเริ่มปรากฏขึ้นในยุโรปยุคกลาง เป็นที่เชื่อกันว่าสิ่งประดิษฐ์ที่เกี่ยวข้องในบาวาเรียในศตวรรษที่ 8 กลายเป็นแบบจำลองแรกของเครื่องจักรเคลื่อนที่ถาวรศตวรรษ AD.
การออกแบบเครื่องเคลื่อนไหวถาวรที่มีชื่อเสียงในยุคกลาง
แต่น่าเสียดายที่ไม่มีใครรู้เกี่ยวกับการมีอยู่ของโครงการเคลื่อนที่ถาวรในสังคมก่อนยุคกลาง ไม่มีข้อมูลที่ได้รับการเก็บรักษาไว้ว่าชาวกรีกหรือโรมันโบราณสร้างเครื่องจักรดังกล่าว
สิ่งประดิษฐ์ที่เก่าแก่ที่สุดของเครื่องจักรเคลื่อนที่ถาวรที่มนุษย์รู้จักคือกงล้อวิเศษ แม้ว่าจะไม่มีการเก็บรักษารูปภาพของการประดิษฐ์นี้ไว้ แต่แหล่งที่เป็นลายลักษณ์อักษรทางประวัติศาสตร์กล่าวว่ามันมีอายุย้อนไปถึงสมัยของการดำรงอยู่ของจักรวรรดิเมอโรแว็งเกียนในอาณาเขตของบาวาเรียสมัยใหม่ในศตวรรษที่ 8 อย่างไรก็ตาม นักประวัติศาสตร์บางคนกล่าวว่าเครื่องนี้ไม่มีอยู่จริงและข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับมันคือตำนาน
Bhaskara เป็นนักคณิตศาสตร์ชาวอินเดียที่มีชื่อเสียงซึ่งได้รับการยอมรับว่าเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ทรงอิทธิพลที่สุดในยุคกลางในทวีปของเขา งานของเขาเกี่ยวกับสมการอนุพันธ์มาก่อนงานที่คล้ายกันของนิวตันและไลบนิซเมื่อ 5 ศตวรรษ ราวปี ค.ศ. 1150 Bhaskara ได้ประดิษฐ์วงล้อที่ควรจะหมุนไปตลอดกาล น่าเสียดายที่สิ่งประดิษฐ์นี้ไม่เคยถูกสร้างขึ้น แต่เป็นหลักฐานแรกที่ไม่ต้องสงสัยของการพยายามสร้างการเคลื่อนไหวถาวร
การประดิษฐ์เครื่องเคลื่อนไหวถาวรครั้งแรกในยุโรปคือรถยนต์ของ Freemason ชาวฝรั่งเศสที่มีชื่อเสียงและสถาปนิกของ Villard de Honnecourt ในศตวรรษที่สิบสาม ไม่ทราบแน่ชัดว่าสิ่งประดิษฐ์ของเขาถูกสร้างขึ้นหรือไม่ แต่ในบันทึกของ Villard de Honnecourt พวกเขาพบภาพมือถือตลอดกาลของเขา
วิศวกรและนักประดิษฐ์ในตำนานจากฟลอเรนซ์ เลโอนาร์โด ดา วินชียังได้สร้างเครื่องจักรขึ้นหลายเครื่อง - เครื่องจักรเคลื่อนไหวตลอด และด้วยเหตุนี้เขาจึงนำหน้าเวลาของเขาไปหลายศตวรรษ แน่นอนว่าเครื่องจักรเหล่านี้ใช้งานไม่ได้ และนักวิทยาศาสตร์ได้ข้อสรุปว่าเครื่องจักรเคลื่อนไหวตลอดเวลาไม่สามารถมีอยู่ในฟิสิกส์ได้
เครื่องเคลื่อนไหวอมตะแห่งยุคใหม่
ด้วยการถือกำเนิดของยุคปัจจุบัน การประดิษฐ์เครื่องเคลื่อนไหวถาวรกลายเป็นงานอดิเรกยอดนิยม และนักประดิษฐ์หลายคนใช้เวลาสร้างเครื่องจักรดังกล่าว ความเจริญนี้มีสาเหตุหลักมาจากความสำเร็จในการพัฒนากลไก
ดังนั้น Mark Zimara นักประดิษฐ์ชาวอิตาลีในศตวรรษที่ 16 ได้ออกแบบโรงสีที่ไม่เคยใช้งาน และชาวดัตช์ Cornelius Drebbel ได้อุทิศหนึ่งในสิ่งประดิษฐ์เหล่านี้ให้กับกษัตริย์อังกฤษ ในปี ค.ศ. 1712 วิศวกร Johann Bessler ได้วิเคราะห์สิ่งประดิษฐ์ดังกล่าวมากกว่า 300 รายการและตัดสินใจสร้างอุปกรณ์เคลื่อนที่ถาวรของตัวเอง
ด้วยเหตุนี้ ในปี 1775 สมาชิกของ Royal Academy of Sciences ในปารีสได้ออกกฤษฎีกาว่าจะไม่ยอมรับสิ่งประดิษฐ์ใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับเรื่องของเครื่องจักรเคลื่อนที่ถาวร
การทดลองทางความคิด
ในทางฟิสิกส์ การทดลองทางความคิดมักใช้เพื่อทดสอบกฎฟิสิกส์พื้นฐาน เกี่ยวกับหัวข้อของเครื่องจักรเคลื่อนไหวตลอด สามารถกล่าวถึงโครงการต่อไปนี้:
อสูรของแม็กซ์เวลล์. เรากำลังพูดถึงการละเมิดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์เมื่อปีศาจสมมุติแยกส่วนผสมของก๊าซ การทดลองทางความคิดนี้ช่วยให้ทำความเข้าใจสาระสำคัญของเอนโทรปีของระบบ
เครื่องเคลื่อนไหวถาวรของ Richard Feynman ที่ทำงานโดยความผันผวนของความร้อนและสามารถทำงานได้ตลอดไป อันที่จริง มันจะทำงานได้ตราบใดที่สภาพแวดล้อมมีอุณหภูมิสูงกว่าตัวเครื่องยนต์เอง
สุดท้ายแล้วความหวังที่จะสร้างเครื่องเคลื่อนไหวถาวรนั้นตายหรือไม่
เราไม่สามารถพูดได้อย่างแน่นอนว่ากลไกที่ใช้งานได้ตลอดไปจะไม่มีวันถูกประดิษฐ์ขึ้น เนื่องจากมนุษย์ยังคงไม่รู้อะไรมากเกี่ยวกับจักรวาลที่มันอาศัยอยู่ บางทีอาจมีการค้นพบสสารแปลกใหม่เช่นสสารดำในอวกาศซึ่งแทบไม่มีใครรู้จัก พฤติกรรมของเรื่องนี้อาจทำให้เราต้องพิจารณากฎของอุณหพลศาสตร์ใหม่ กฎเหล่านี้เป็นพื้นฐานอย่างยิ่งที่การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในขอบเขตจะคล้ายกับอิทธิพลของทฤษฎีของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ที่มีต่อกฎของกลศาสตร์คลาสสิกของไอแซก นิวตัน และต่อพัฒนาการของฟิสิกส์โดยทั่วไป นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ว่าการเคลื่อนที่แบบต่อเนื่องมีอยู่ในวัตถุที่มีพฤติกรรมควบคุมโดยกลศาสตร์ควอนตัม