בסביבות 1159 לספירה,
מתמטיקאי בשם בהסקרה המלומד
שרטט עיצוב לגלגל שמכיל מאגרים מעוקלים של כספית.
הוא חשב שכשהגלגל יסתובב,
הכספית תזרום לתחתית כל מאגר,
וכך, צד אחד של הגלגל יהיה תמיד כבד יותר מהשני.
חוסר האיזון הזה יסובב את הגלגל לעד.
השרטוט של בהסקרה היה אחד התכנונים הראשונים
למכונת תנועה מתמדת,
מכשיר שיכול לעבוד לעד ללא מקור כוח חיצוני.
דמיינו תחנת רוח שמייצרת את הרוח שהיא צריכה כדי להסתובב.
או נורה שהקרינה שלה מספקת את החשמל לעצמה.
המכשירים האלה לכדו את דמיונם של ממציאים רבים,
כי הם יכלו לשנות את יחסינו עם אנרגיה.
לדוגמה, אם תוכלו לבנות מכונת תנועה מתמדת
שכוללת אנשים כחלק מהמערכת המושלמת שלה,
היא תוכל לשמור על החיים לעד.
יש רק בעיה אחת.
הן לא עובדות.
רעיונות למכונות תנועה מתמדת
מפרות חוק בסיסי אחד או יותר של התרמודינמיקה,
הענף בפיזיקה שמתאר את היחסים
בין צורות שונות של אנרגיה.
החוק הראשון של התרמודינמיקה אומר שאנרגיה לא יכולה להיווצר או להיכחד.
אי אפשר לקבל יותר אנרגיה ממה שמכניסים.
זה מיד מבטל מכונת תנועה מתמדת שימושית,
כי מכונה תוכל לייצר אנרגיה רק בכמות שהיא צורכת.
לא ישאר כוח עודף כדי להפעיל מכונית או לטעון טלפון.
אבל אם רק תרצו שהמכונה תמשיך לנוע בעצמה?
ממציאים הציעו רעיונות רבים.
כמה מהם היו וריאציות של הגלגל הלא מאוזן של בהסקרה
עם כדורים מתגלגלים או משקולות על זרועות מתנדנדות.
אף אחד מהם לא עובד.
החלקים הנעים שגורמים לצד אחד של הגלגל להיות כבד יותר
גם מסיטים את מרכז הכובד מטה אל מתחת לציר.
עם מרכז כובד נמוך,
הגלגל רק מתנדנד קדימה ואחורה כמו מטוטלת,
ואז עוצר.
מה עם גישות אחרות?
במאה ה-17, רוברט בויל העלה רעיון
לעציץ שמשקה את עצמו.
הוא שיער שפעולה נימית,
המשיכה בין נוזלים ומשטחים
שמושכת מים דרך צינורות דקיקים,
אולי תגרום למים למחזוריות סביב העציץ.
אבל אם הפעולה הנימית חזקה דיה כדי להתגבר על כוח הכבידה
ולמשוך את המים למעלה,
היא גם תמנע מהם ליפול חזרה לעציץ.
ויש גם גרסאות עם מגנטים, כמו מערכת הרמפות הזה.
הכדור הזה אמור להימשך למעלה על ידי המגנט למעלה,
ליפול חזרה למטה דרך החור,
ולחזור על המחזור.
זה נכשל כי כמו העציץ שמשקה את עצמו,
המגנט פשוט יחזיק את הכדור למעלה.
אפילו אם זה איך שהוא ימשיך לנוע,
כוח המגנט יפחת עם הזמן
ולבסוף יפסיק לעבוד.
כדי שהמכונות האלו ימשיכו לנוע
הן יצטרכו לייצר אנרגיה עודפת
כדי להניע את המערכת מעבר לנקודת העצירה שלה,
וזה שובר את החוק הראשון של התרמודינמיקה.
יש כאלו שנראות כאילו הן ממשיכות לנוע,
אבל במציאות, מסתבר בסוף שהן מושכות אנרגיה
ממקור כוח חיצוני.
אפילו אם מהנדסים יוכלו איך שהוא לתכנן מכונה
שלא תפר את החוק הראשון של התרמודינמיקה,
זה עדיין לא יעבוד בעולם האמיתי, בגלל החוק השני.
החוק השני של התרמודינמיקה
אומר לנו שאנרגיה נוטה להתפזר דרך תהליכים כמו חיכוך.
לכל מכונה אמיתית יהיו חלקים נעים,
או פעולות על מולקולות אויר או נוזל,
שייצרו כמויות קטנות של חיכוך וחום,
אפילו בוואקום.
החום הזה הוא אנרגיה בורחת,
והיא תמשיך לזלוג החוצה,
מה שיפחית את האנרגיה הזמינה להנעת המערכת,
עד שלבסוף המכונה תעצור.
עד עכשיו, שני החוקים האלו של התרמודינמיקה
הכשילו כל רעיון של תנועה מתמדת,
וכל חלום של ייצור אנרגיה ביעילות מושלמת, שנובע מהם.
אך עדיין קשה לומר בהחלטיות שלעולם לא נגלה מכונת תנועה מתמדת,
כי עדיין יש כל כך הרבה דברים שאיננו מבינים בנוגע ליקום.
אולי נגלה צורות חדשות ואקזוטיות של חומר,
שיכריחו אותנו לבחון שוב את חוקי התרמודינמיקה.
או אולי יש תנועה מתמדת בקנה מידה קוואנטי זעיר.
אבל די בטוח שלעולם לא נפסיק לחפש.
כרגע, זה הדבר היחיד שנראה באמת בתנועה מתמדת.