Във физиката хората от векове се опитват да постигнат една завладяваща концепция, известна като вечно движение. Тази концепция повишава възможността за поддържане на непрекъснато движение без прекъсвания, без необходимост от осигуряване на допълнителна енергия. От този идеал възниква идеята за проектиране на машини, способни да извършват механична работа за неопределено време, произвеждайки повече работа, отколкото консумират енергия. Въпреки това, въпреки че идеята звучи обещаващо, тя е изправена пред големи предизвикателства, тъй като противоречи на закони на термодинамиката.
В тази статия ще разбием подробно какво представлява перпетуум мобиле, как би работила такава машина, ако беше възможно, и защо досега е било невъзможно. Ще разгледаме неговите научни и технически последици, както и историческите опити да се постигне това и уроците, които са научени до днес.
Вечни машини за движение
на вечни двигатели Те са тези, които обещават да извършват механична работа, без да е необходимо да получават енергия от околната среда след първоначален импулс. Човешките същества са търсили този идеал от векове, тъй като машина от този тип може да революционизира технологията, елиминирайки необходимостта от външни източници на енергия. Но всички идеи от този тип се сблъскват с пречка: те биха нарушили първото и второто закон на термодинамиката.
Първият закон на термодинамиката твърди, че енергията нито се създава, нито се унищожава, тя само се трансформира. За да работи една вечна машина, тя трябва да генерира повече работа от енергията, която консумира, което явно противоречи на този закон. Вторият закон на термодинамиката се занимава с ентропия, или степента на разстройство на системата. Той гласи, че топлината винаги тече от области с по-висока температура към области с по-ниска температура, което означава, че има неизбежна тенденция към загуба на полезна енергия.
Въпреки че всяка машина може да извършва работа, използвайки източник на енергия, вложената енергия трябва постоянно да се подновява. Това не е случаят с вечните двигатели, което води до заключението, че те нарушават фундаменталните физични принципи, което прави създаването им практически невъзможно.
Как работи вечен двигател?
Съществуват различни класификации на вечните двигатели, но най-често срещаните са разделени на три вида:
- El първи тип съответства на машини, които биха произведли работа без привнасяне на външна енергия. Този тип директно би нарушил първия закон на термодинамиката.
- El втори тип ще включва машини, които спонтанно трансформират топлинната енергия в механична работа без никакво разсейване на топлина, което би нарушило втория закон на термодинамиката.
- El трети тип представете си машини без никакво триене, нито с въздуха, нито със земята, което би им позволило да работят за неопределено време. Въпреки че теоретично е възможно в идеалните светове, на практика дори малки търкания биха изтощили наличната енергия.
На теория, ако една машина елиминира всички видове триене и загуби на енергия, можем да си представим, че работи безкрайно дълго. В действителност обаче взаимодействието на обектите с тяхната среда генерира разсейване на енергия, което прави невъзможно една машина да продължи да работи вечно без намеса.
Една от най-повтарящите се идеи в историята беше да се използва магнити за генериране на този тип непрекъснато движение. Например, през 17 век е предложен експеримент, при който магнитите са поставени на рампа, за да привлекат метална топка към върха. Магнитът обаче никога повече не оставя топката да падне, правейки устройството безполезно.
Исторически открития около вечното движение
Увлечението по вечните двигатели съществува от Средновековието и е свързано с алхимията и търсенето на пиедра философ, което ще трансформира материалите в злато и ще предостави източника на безкрайна енергия. Но през Ренесанса учените и изобретателите започват да правят по-формални прототипи.
Един от най-известните опити е този на Вилар дьо Онекур през 13 век, който предлага вечен двигател, базиран на свръхбалансирано колело. По-късно тази идея беше възприета от "Леонардо да Винчи", който заключава, че такива машини са невъзможни поради триене. Въпреки усилията на някои от водещите учени от онова време, включително Робърт Бойл и Никола Тесла, всички опити за разработване на вечно движение досега са се провалили.
Еволюция и упадък на опитите за създаване на вечни машини
С напредването на съвременната физика основните принципи на термодинамиката започнаха да стават все по-ясно установени. През 19-ти век изявленията на Келвин и Клаузиус относно топлинния поток и преобразуването на енергия потвърдиха, че машина, която работи неограничено без загуба на енергия, е научна химера.
В 1775 на академия на науките от Париж обяви, че е невъзможно да се изгради устройство, което да работи според концепцията за вечно движение. Тази декларация не само възпира изобретателите, но и предпазва науката от псевдонаучни преследвания. Въпреки това някои продължават да се опитват да проектират такива устройства, мотивирани от невежеството на най-напредналите закони на физиката на времето.
Защо тези машини не работят?
През годините, въпреки всички усилия, няма доказателство, че перпетуум мобиле може да работи. Това е така, защото те се сблъскват с основния принцип на физиката: енергоспестяване и неизбежността на увеличаване на ентропията в затворени системи.
Все пак си струва да се спомене, че в квантов свят или в изключително малки мащаби определени явления могат да изглеждат като системи, способни да поддържат неопределени процеси. Това доведе до някои спекулации, че в бъдеще откритията в квантовата физика могат да предизвикат настоящите закони на термодинамиката, каквито ги познаваме, и да ни предоставят нови енергийни възможности.
Засега е научно прието, че съществуването на вечен двигател в класически термини не изглежда вероятно.
Системи за вечен инвентар
Терминът "вечно движение" се използва и в други контексти извън физиката, като напр системи за постоянен инвентар. Това са счетоводни методи, които позволяват вариациите в инвентара на компанията да бъдат записвани в реално време. Всеки път, когато се извършва продажба или покупка на продукт, системата автоматично актуализира наличната наличност, показвайки точно наличността по всяко време. Въпреки че името се отнася до последователността в процеса на актуализиране на данните, тези системи зависят изцяло от правилното функциониране на оборудването и софтуера.
Понастоящем системите за постоянен инвентар са съществена част от логистиката на големите корпорации, които зависят от поддържането на стабилна и точна верига за доставки.
Тези системи позволяват да се избегнат излишните натрупани запаси или липсата на търсени продукти, като гарантират, че всички операции са възможно най-ефективни.
Непрекъснатият мониторинг на запасите дава на компаниите ключово предимство, тъй като гарантира удовлетвореността на клиентите, като имат ясна картина на техните собствени продукти и им позволява да вземат по-добри решения за снабдяване.
Може би в бъдещето науката ще намери начин да пренапише законите на физиката, но засега оставаме подчинени на енергийните ограничения, които пречат на машината за вечно движение да работи извън теоретичната сфера. Бъдещите открития обаче могат да отворят нови врати и да предизвикат нашите предполагаеми „неподвижни истини“.