Примерно в 1159 году нашей эры
математик по имени Бхаскара Просвещённый
нарисовал колесо, в котором имелись закруглённые резервуары для ртути.
Он полагал, что колесо будет вращаться,
а ртуть будет перекатываться на дно каждого резервуара,
постоянно утяжеляя одну половину колеса.
Благодаря этому дисбалансу колесо будет вращаться вечно.
Рисунок Бхаскары является одним из первых проектов
по созданию вечного двигателя —
механизма, который работал бы неограниченное время без притока энергии.
Представьте себе мельницу, которая бы вырабатывала ветер, вращающий её лопасти.
Или лампочку, горение которой производило бы в ней электричество.
Подобные устройства не давали покоя многим изобретателям,
поскольку они могли бы изменить наши представления об энергии.
Например, если бы можно было изобрести вечный двигатель
и элементом этой превосходно работающей системы были бы люди,
то с помощью его можно было бы поддерживать жизнь вечно.
Но существует одна проблема...
Это невозможно.
Все замыслы в отношении вечных двигателей
нарушают одно или несколько фундаментальных начал термодинамики —
области физики, изучающей взаимодействие
различных форм энергии.
Первое начало термодинамики гласит, что энергию нельзя создать или уничтожить.
Нельзя извлечь больше энергии, чем потребить.
Это сразу исключает работающие на практике вечные двигатели,
поскольку механизм может произвести ровно столько энергии, сколько получит.
Не останется «лишней» энергии, чтобы зарядить автомобиль или телефон.
Но что, если заставить сам механизм вечно работать?
Изобретатели выдвинули ряд идей и на этот счёт.
Некоторые из них в чём-то похожи на вечное колесо Бхаскары,
только в нём катаются шарики или веса раскачиваются на веревочках.
Ни одно из них не сработало.
Подвижные части, утяжеляющие одну сторону колеса,
смещают также центр тяжести вниз, ниже оси.
Если центр тяжести смещается вниз,
колесо раскачивается взад-вперёд, как маятник,
а затем останавливается.
А что, если пойти другим путём?
В XVII веке Роберт Бойль предложил идею
самонаполняющегося сосуда.
Он считал, что благодаря явлению капиллярности —
притяжению жидкостей к поверхности,
из-за чего вода течёт вверх по тонким трубкам —
можно будет заставить воду циркулировать в сосуде.
Но даже если эффект капиллярности и способен преодолеть силу притяжения
и заставить воду течь вверх,
то он же не даст ей вылиться сверху в сосуд.
Также существуют задумки с магнитами, например, эта с наклонными плоскостями.
Магнит сверху притягивает шарик,
который проваливается в отверстие,
и всё повторяется.
Но и этот эксперимент, как и сосуд, обречён на неудачу:
магнит просто будет удерживать шарик и не даст ему упасть.
Даже если шарик и будет двигаться,
со временем сила магнита ослабнет,
и механизм перестанет работать.
Чтобы каждое из этих «изобретений» продолжало работать,
они должны вырабатывать дополнительную энергию,
которая поддерживала бы работу системы после её остановки,
что является нарушением первого начала термодинамики.
Есть некоторые устройства, которые, казалось бы, работают,
но в реальности оказывается, что они получают энергию
из других внешних источников.
Даже если инженеры когда-нибудь и придумают механизм,
чья работа не нарушала бы первое начало термодинамики,
на практике ей всё равно не работать из-за второго начала.
Второе начало термодинамики
подразумевает, что энергия распределяется в ходе процессов, таких как трение.
Любой из настоящих механизмов будет иметь подвижные части,
или он будет взаимодействовать с воздухом или с молекулами жидкости,
которые будут создавать малейшее трение и нагревание
даже в вакууме.
Это нагревание и означает, что высвобождается энергия
и что происходит её потеря,
в результате чего энергии будет хватать до тех пор,
пока неизбежно механизм не остановится.
До сих пор из-за этих двух начал термодинамики
на неудачу обречены не только все попытки изобрести вечный двигатель,
но и мечты о максимально эффективном получении энергии с его помощью.
Однако нельзя окончательно заявить, что вечный двигатель не изобрести никогда,
потому что мы ещё очень многого не понимаем в устройстве Вселенной.
А что, если мы обнаружим новые, неведомые формы материи,
что заставит нас пересмотреть начала термодинамики?
А что, если в крохотных масштабах квантов существует вечное движение?
Можно быть уверенными, что мы никогда не прекратим искать.
В этом смысле единственная вещь, которая поистине вечна, — это наши поиски.