Intorno al 1159 d.C.,
un matematico chiamato Bhaskara il Maestro
disegnò il progetto di una ruota a raggi cavi contenenti mercurio.
Spiegò che, al girare della ruota,
il mercurio sarebbe fluito sul fondo di ogni raggio,
rendendo una parte della ruota più pesante dell’altra in modo perpetuo.
Lo squilibrio avrebbe permesso alla ruota di girare per sempre.
Il disegno di Bhaskara fu uno dei primi progetti
per una macchina a moto perpetuo,
un congegno che può funzionare indefinitamente
senza alcuna fonte esterna di energia.
Immagina un mulino a vento che producesse la brezza che gli serve per ruotare.
O una lampadina la cui luce fornisse la propria elettricità.
Questi congegni hanno attirato l’attenzione di molti inventori
perché potrebbero trasformare il nostro rapporto con l’energia.
Se si potesse costruire una macchina a moto perpetuo
che includesse l’uomo nel suo sistema perfettamente efficiente,
potrebbe sostenere la vita indefinitamente.
C’è solo un problema.
Non funzionano.
Le idee per le macchine a moto perpetuo
violano tutte una o più leggi fondamentali della termodinamica,
il ramo della fisica che descrive la relazione
tra le diverse forme di energia.
Secondo la prima legge della termodinamica
l’energia non può essere creata o distrutta.
Non si può ricavare più energia di quanta ne venga inserita.
Ciò esclude immediatamente una macchina a moto perpetuo che sia utile
perché una macchina potrebbe produrre solo tanta energia quanta ne consuma.
Non ne rimarrebbe per ricaricare un’auto o un telefono.
Ma se volessimo solo che la macchina si mantenesse in movimento?
Gli inventori hanno proposto molte idee.
Alcune di queste sono varianti della ruota di Bhaskara
con delle sfere o dei pesi all’interno dei bracci.
Nessuna di queste funziona.
Anche le parti in movimento che rendono un lato più pesante
spostano il proprio baricentro più in basso rispetto all’asse.
Con un baricentro basso,
la ruota oscilla solo avanti e indietro come un pendolo,
fino a fermarsi.
Se usassimo un approccio diverso?
Nel XVII secolo, Robert Boyle ebbe l’idea
per un vaso autoalimentato.
Ipotizzò che la capillarità,
l’attrazione tra liquidi e superfici
che spinge l’acqua all’interno di un tubo sottile,
potesse mantenere la circolazione dell’acqua all’interno della ciotola.
Ma se la capillarità è abbastanza forte da vincere la gravità
e far risalire l’acqua,
potrebbe anche impedire che essa ricada nella ciotola.
Ci sono poi delle versioni con magneti, come questa serie di rampe.
La sfera dovrebbe essere tirata verso l’alto dal magnete in cima,
ricadere attraverso il buco
e ripetere il ciclo.
Questo non funziona perché, come per il vaso autoalimentato,
il magnete tratterrebbe semplicemente la sfera in cima.
Anche se continuasse a muoversi,
la forza del magnete si esaurirebbe nel tempo
e alla fine smetterebbe di funzionare.
Per continuare a muoversi,
queste macchine dovrebbero creare un’energia aggiuntiva
per spingere il sistema oltre il suo punto di arresto,
infrangendo la prima legge della termodinamica.
Ce ne sono alcune che sembra che continuino a muoversi,
ma in realtà, alla fine ricavano energia
da una qualche fonte esterna.
Anche se gli ingegneri progettassero una macchina
che non violasse la prima legge della termodinamica,
non funzionerebbe nel mondo reale per via della seconda legge.
La seconda legge della termodinamica
dice che l’energia tende a dissiparsi attraverso processi come l’attrito.
Qualsiasi macchina reale ha parti in movimento
o interazioni con molecole d’aria o di liquido
che generano piccole quantità di attrito o calore,
persino nel vuoto.
Quel calore è energia che sfugge,
e continua a filtrare,
riducendo l’energia disponibile per muovere il sistema stesso
finché la macchina non può che fermarsi.
Finora, queste due leggi della termodinamica
hanno ostacolato ogni idea per il moto perpetuo
e i rispettivi sogni riguardo la generazione di energia.
Ma è difficile dire che non scopriremo mai una macchina a moto perpetuo
perché c’è ancora così tanto che non sappiamo dell’universo.
Forse scopriremo nuove insolite forme di materia
che ci costringeranno a rivisitare le leggi della termodinamica.
O forse c’è un moto perpetuo su piccole scale quantistiche.
Ciò di cui possiamo essere certi è che non ci fermeremo qui.
Per ora, l’unica cosa davvero perpetua è la nostra ricerca.