Perpetum mobile: je to možné? Všechny pokusy o vytvoření Perpetuum Mobile | Věda | Svět sci-fi a fantasy

Představte si, že se váš telefon nikdy nevybije, motoristé neznají slovo „tankování“ a umělé orgány vydrží déle než ty skutečné. Dnes už samozřejmě i děti vědí, že za všechno se musí platit a ve škole se učí, že nic nevzniká z ničeho. Před několika sty lety však vědci tvrdili, že cestující ve vlaku by jistě zemřeli udušením v řídkém vzduchu a krávy by potratily při pohledu na auta.

Časy se mění. co je věčnost? Doba existence Vesmíru? Energie má víc než dost. Je opravdu nemožné postavit motor, který využívá skryté rezervy vesmíru, se záruční dobou „do příštího velkého třesku?

Nesplnitelný sen každého inženýra. Kámen mudrců mechaniky. Nástroj chytrých podvodníků a atribut mnoha fantastických děl. Seznamte se s perpetum mobile.

Nemožné je možné

Pitná hračka ptáka naklánějící se ke sklenici vody. Působení je založeno na odpařování kapaliny ve skle a ochlazování ptačí hlavy. Jak sklo schne, pohyb se zastaví.

Perpetum mobile je možné. Přinejmenším to není v rozporu s kvantovou mechanikou a prvním Newtonovým zákonem (hmotný bod si zachovává klidový nebo rovnoměrný pohyb, dokud vnější vlivy tento stav nezmění). Není to tak dávno, co astronomové z University of Minnesota objevili ve vesmíru „velké nic“ – prázdný prostor dlouhý asi miliardu světelných let. Pokud si představíme, že v něm nejsou žádné interakce, pak by se tam hozený kámen pohyboval konstantní rychlostí až do smrti Vesmíru. Tedy prakticky navždy.

Pokud se však jedná o perpetum mobile, většinou máme na mysli systém, který vyrobí více energie, než spotřebuje (ztrácí ji třením, odporem vzduchu atd.), díky čemuž jej lze využít pro jakoukoli potřebu domácnosti. Před vynálezem parních nebo elektrických pohonů byly jediným univerzálním a mobilním zdrojem energie svaly. Pružinové a kyvadlové mechanismy byly vhodné pouze pro působení malých sil po dlouhou dobu (hodiny). Nejvýkonnějšími stacionárními motory byly vodní a větrné mlýny.

To značně omezovalo mechaniku. Například ve středověku nebylo těžké postavit stropní ventilátor nebo eskalátor, ale kdo by je mohl provozovat nepřetržitě celé dny? Je zcela logické, že lidé snili o „bezplatném“ zdroji energie. Jejich představivost byla omezena tehdejšími technologiemi, takže podle dnešních měřítek vypadaly věčné stroje starověku dojemně a primitivně.

Věčná historie

Bhaskara II: rtuť v kole.

První perpetum mobile byl vynalezen téměř před 9 stoletími. Indický matematik a astronom Bhaskara II navrhl připevnit ke kolu nádoby se rtutí, ohnuté tak, aby při rotaci proudila z jednoho konce nádoby na druhý. Podle jeho plánu by se kolo neustále točilo. S největší pravděpodobností to pro vědce byl pouze symbol věčného cyklu existence (samsara, „tok“).

Bhaskara svůj filozofický model stěží považoval za stroj věčného pohybu, ale arabští a evropští badatelé vzali tuto otázku naprosto vážně. Nevyvážené kolo se stalo klasikou „věčného stroje“. Ve 13. století použil stejné schéma francouzský architekt Villars de Honnecourt, který nahradil rtuť kladivy. V praxi takové kolo najde rovnovážný bod a zastaví se, aniž by udělalo celou otáčku.

[su_caption caption=”Da Vinciho stroje na věčný pohyb (Forster Code II, str. 90–91) a jejich moderní modely”]

Leonardo da Vinci se začal zajímat o myšlenku stroje na věčný pohyb a vytvořil několik kreseb. a oznámil, že ani jedno takové zařízení nebude fungovat. Kritizoval všechny pokusy vynálezců vytvořit další „magické kolo“, ale myšlenka zásadní nemožnosti perpetum mobile se stala axiomem až o dvě stě let později, když v roce 1775 pařížská akademie věd přestala přijímat patentové přihlášky na taková zařízení.

Ó, průzkumníci věčného pohybu, kolik marných plánů jste vytvořili v takových výpravách! Staňte se lepšími alchymisty!
Leonardo da Vinci

Leonardo zároveň zanechal kresby vodního mlýna, který otáčela voda jím zvednutá, aniž by jim poskytl kritické komentáře. Zda považoval perpetum mobile na vodě za možný, není známo.

Fascinace nevyváženými koly ustoupila módě uzavřených okruhů: „zařízení A otáčí zařízením B, které pohybuje zařízením A.“ Filosof, astrolog a alchymista Marc Antony Zimara (1460-1523), neznalý da Vinciho vodního mlýna, popsal větrný mlýn rozfoukaný obrovskými měchy poháněnými rotací samotného větrného mlýna.

Mark Zimara, stejně jako Don Quijote, bojoval u větrných mlýnů.

V roce 1610 holandský vynálezce Cornelius Drebbel sestrojil první mechanické hodinky se samonatahováním změnou atmosférického tlaku. Stroj, který byl zlatým glóbem a ukazoval nejen hodiny, ale také data a roční období, se podle tehdejších standardů jevil jako skutečný „stroj perpetum mobile“. Drebbel získal slávu jako kouzelník a alchymista.

Těžko říci, jak dobře byly provedeny (například hodinky Atmos byly vyvíjeny nejlepšími švýcarskými inženýry několik desetiletí). Ale vzhledem k tomu, že Drebbel byl neuvěřitelně talentovaný (postavil mikroskop se dvěma čočkami, ponorku pro anglické námořnictvo, vynalezl inkubátor pro kuřata s termostatem, který automaticky upravoval teplotu, a také se pokusil vytvořit klimatizaci), je rozumné předpokládejme, že jeho hodinky mohou fungovat bez poruch po mnoho měsíců, ne-li let.

Konec věčnosti

Poslední, nejvýraznější období klasické konstrukce perpetuum mobile, nastalo v polovině 18. století, konkrétně v životě Johanna Ernsta Eliase Besslera (1680-1745), který vynalezl pseudonym Orffyreus (kryptogram Bessler).

Byl to velmi zvláštní muž – vychloubačný, otravný, nudný, se špatnou povahou a paranoidními návyky. Podle důkazů, které se k nám dostaly, pracoval jako hodinář. V roce 1712 Bessler prohlásil, že zvládl tajemství věčného pohybu. Nejprve se snažil ukázat nonstop kolo s malým nákladem obyvatelům německého městečka Gera, ale na provinciály tato podívaná nezapůsobila.

Bessler začal cestovat po zemi, publikovat vědecká pojednání a stavět větší modely svého motoru. Z nějakého důvodu nechtěl vyrábět kompaktní modely, ale navrhl dřevěná kola o průměru asi 4 metry. Jeho energická činnost vzbudila zájem vědců. Demonstrační vzorky megakol byly pečlivě prozkoumány, ale nebyly nalezeny žádné známky šarlatánství.

Besslerova kola, jím sestavená na zámku Weißenstein.

Bylo rozhodnuto provést experiment v plném rozsahu. 12. listopadu 1717 bylo za přítomnosti vládních úředníků jedno z otočných kol o průměru 3,5 metru umístěno v místnosti na zámku Weißenstein a všechna okna a dveře byly pevně uzamčeny. O dva týdny později byla místnost otevřena. Kolo se stále točilo. Poté byla místnost až do 4. ledna 1718 zapečetěna. O rok později lidé vstoupili do místnosti a viděli, že kolo se stále otáčí stejnou frekvencí.

Tohle už bylo zajímavé. Královská společnost v Londýně chtěla vynález koupit. Bessler okamžitě požádal o dvacet tisíc liber (v té době obrovské peníze). Rozhodli se znovu zkontrolovat kolo, ale Bessler se náhle rozzuřil a svůj výtvor rozbil – prý proto, aby ostatní vědci nemohli ukrást jeho nápady.

Vynálezce pokračoval v cestování po zemi a předváděl různé modely kol: otáčející se pouze jedním směrem a zastavování pouze s velmi velkým úsilím, stejně jako otáčení v libovolném směru a zastavení bez jakýchkoli potíží. V roce 1727 Besslerova služebná uvedla, že jeho mechanismy uvedl do pohybu muž v jiné místnosti. Nikdy nebylo možné tyto údaje ověřit, ale pověst inženýra byla navždy poškozena. Bessler zemřel po pádu z větrného mlýna, který stavěl. Zanechal po sobě nesrozumitelné zakódované poznámky a nutil své potomky přemýšlet – byl to šílenec, výstřední génius nebo geniální kouzelník?

Skvělé kombinátory

Redhefferův nepoctivý „motor“ (moderní menší kopie)

V 19. století fascinace stroji na věčný pohyb poněkud opadla – věda šla kupředu, takže se taková zařízení stále více stávala nástrojem klamu. Američan Charles Redheffer z Philadelphie tak všem ukázal složitý kyvadlový stroj věčného pohybu za 1 dolar – byť přes zamřížované okno. Místní obyvatelé podplatili mechanika, aby vyrobil kopii Redhefferova motoru – ale se skrytou pružinou uvnitř.

Když Charles viděl klon svého duchovního dítěte v akci, zpanikařil a uprchl do New Yorku, kde ho odhalil slavný vynálezce Robert Fulton. Ten si všiml, že stroj pracuje přerušovaně, a našel řemenový pohon, který z něj vedl do vedlejší místnosti s mužem, který otáčel pákou.

Keelyho auto. Byla mu nabídnuta spolupráce s Edisonem nebo Teslou, ale Keely přirozeně odmítl.

Další Američan John Keely (1827-1898) uvedl, že energii lze z éteru extrahovat vibracemi ladičky. Byl obviněn z podvodu a dokonce i čarodějnictví, ale podvodník dokázal oklamat investory 27 let a připravit je o peníze na vybudování průmyslového modelu motoru. Teprve poté, co Keely spadl pod tramvaj, vyšlo najevo, že jeho prototypy jezdily na stlačený vzduch. Podvodník porušil mnoho zákonů – ale ne termodynamiku.

V průběhu 19. a 20. století taková zařízení nadále živila své „vynálezce“ a pracovníky ve žlutém lisu – jen s tím rozdílem, že termíny „kosmické tekutiny“ a „všeprostupující éter“ byly nahrazeny termíny „studený termonukleární“ nebo „ alternativní fyzika“. Někdy to skončilo nejen špatně, ale velmi špatně – například v roce 1966 americký Maďar Joseph Papp (samozvaný tvůrce proudové ponorky) testoval motor běžící na směs inertních plynů. Výbuch zabil jednoho člověka a dva zranil.

Morayův vynález. Ten, stejně jako Tesla, údajně dokázal získávat energii z ničeho.

Ale ne všechny takové případy byly kriminálního charakteru. Zcela seriózní vědec Thomas Henry Moray (1892-1974) opakovaně všem demonstroval fungování zařízení, které sbíralo „zářivou energii z vakua“ a přeměňovalo ji na elektřinu.

Stroj pracoval několik dní v řadě. Odborníci to zkoumali nahoru a dolů, ale nikdo nedokázal najít zdroj energie. Průmyslníci jej chtěli koupit, Moray odmítl a jediná funkční kopie byla zničena. Vědec si později stěžoval, že byl několikrát postřelen, jeho rodina byla ohrožena a jeho laboratoře byly pravidelně přepadeny. Tajemství zařízení, které sbíralo kosmickou energii (ať už to bylo cokoliv), si vynálezce vzal s sebou do hrobu.

Vynálezce Joseph Newman své stroje ochotně prodává. Fungují na baterie a produkují více elektřiny, než přijímají. Z nějakého důvodu vynálezce nechce uzavřít cyklus (aby se zbavil potřeby baterií).

Je velmi těžké stanovit hranici mezi genialitou a šílenstvím. Další fyzik, Bulhar Stefan Marinov, řekl, že navštívil komunitu křesťanské sekty „Meternita“ (Linden, Švýcarsko), jejíž členové dostali „inspiraci shůry“ a postavili generátor nekonečné elektrické energie zvaný „Testatika“. Funguje již řadu let a pokrývá energetické potřeby celé obce. Krátce po tomto odhalení Marinov skočil ze schodů v knihovně univerzity v Grazu.

Fanoušci konspiračních teorií často vzpomínají na Stanleyho Meyera, který byl postaven před soud za pokus prodat motor na vodu. Slabé elektrické impulsy speciální frekvence podle schémata rozkládají vodu na vodík a kyslík, které se pak využívají místo benzínových par a k pokračování rozkladu vody stačí výkon autogenerátoru. Stanley, který tímto podvodem vydělal nějaké jmění, v roce 1998 náhle zemřel v restauraci. “Lidé ví” nepochybují, že byl otráven ropnými magnáty a vládními agenty.

A v roce 2006 irská společnost Steorn oznámila vytvoření zcela nového motoru „volné energie“ Orbo, jehož hlavním prvkem byly obyčejné magnety. Jednu z prvních kopií slíbili nainstalovat na vodní pumpu v jisté keňské vesnici. Orbova demonstrace před panelem vědců, naplánovaná na červenec 2007, se „z technických důvodů“ nekonala. Později se společnost přesto pokusila uvést svůj zázračný výtvor na trh, představila jej vědcům (kteří prohlásili, že nefunguje) a v roce 2016 uzavřela. Mnozí věří, že epos „věčný pohybový stroj“ byl pouze marketingovým trikem.

EmDrive je dalším příkladem „nemožného“ motoru s měděným rezonátorem ve tvaru komolého tvaru a magnetronem. Většina studií neprokázala uvedený účinek

Podezřelé typy

Fyzici rozdělují perpetum mobile stroje na dva typy.

Jakýkoli stroj, který přijímá energii, produkuje práci a (nebo) ekvivalentní teplo. Pokud je více práce nebo tepla než energie, máme co do činění s perpetum mobile prvního typu – nejoblíbenějším mezi vynálezci. Představme si, že nějaký temný génius nasadil nevyvážené kolo na zázračné ložisko. Stačí na něj jednou zatlačit – a mělo by se otáčet a zrychlovat, dokud se nerozbije na kusy. Říká se tomu „porušení zákona zachování energie“.

Druhý typ motoru zcela přeměňuje okolní teplo na práci, přičemž ignoruje druhý termodynamický zákon. Dnes existují návrhy, že vytvoření nějaké podoby takového zařízení je stále možné, pokud mluvíme o transformaci nejen tepla, ale temné energie nebo temné hmoty, ze které je vytvořena největší část našeho vesmíru.

Perpetuum mobile ve sci-fi lze také rozdělit do čtyř kategorií.

Escherův “Vodopád” (1961). Voda otáčí kolem, stoupá nahoru a znovu se účastní práce.

Nejjednodušší typ perpetum mobile je založen na určitých magických efektech. Například Wellsovy romány zmiňují zázračný materiál „cavorit“ se silnými antigravitačními vlastnostmi. Pokud vyrobíte kolo, jehož polovina je vyrobena z kavoritu, bude se točit s konstantním zrychlením. Ve fantasy světech není stroj na věčný pohyb žádaný, protože místo konstrukce těžkopádného mechanismu můžete vždy seslat trvalé kouzlo (vyčištění místnosti v Disneyho „Čarodějově učni“ nebo hrnce, který uvaří nekonečné množství kaše. v Andersenově pohádce).

Perpetum mobile druhého typu – „nemožný mechanismus“ – funguje v úmyslném porušení zákonů přírody a je čistě spekulativní. Dobrým příkladem takového paradoxního návrhu je vodní mlýn nizozemského umělce Maurice Eschera (1898-1972).

Třetí, „subjektivní“ typ perpetum mobile zahrnuje jednotku, která funguje tak dlouho, že ani pár lidských životů nestačí k tomu, aby prakticky vyvrátilo její „věčnost“. Zdrojem energie je zde obvykle nějaký druh „věčných“ přírodních jevů.

“Atmos”. Zaplaťte přes tisíc dolarů a ušetřete za baterie.

Tento typ je možný nejen ve sci-fi. Například hodinky Atmos od švýcarské společnosti Jaeger-LeCoultre fungují na denních výkyvech teploty vzduchu. Jsou naplněny ethylchloridem, který se při zahřívání roztahuje a navíjí pružinu. Aby se minimalizovalo tření, torzní kyvadlo dělá pouze 1 otáčku za minutu (150krát pomalejší než běžné hodiny). Rozdíl 1 stupně stačí k tomu, aby hodiny běžely dva dny. Teoreticky mohou tyto hodinky přežít více než jednoho majitele. V praxi je však záruční doba na servis různých modelů Atmos 20–30 let.

Dalším typem zařízení, které lze zaměnit za perpetum mobile, jsou záměrně komplikované dlouhodobě působící mechanismy, které plní nějaký primitivní úkol. Pro běžného člověka je těžké pochopit účel a principy své práce.

Tváří v tvář takovému „stroji na věčný pohyb“ si můžete být na 99 % jisti, že jeho „vynálezce“ je podvodník. Přílišné konstrukční komplikace jsou potřeba pouze k tomu, aby zmátly pozorovatele a skryly skutečný zdroj pohybu (obvykle výkonná pružina ukrytá v duté ose ozubeného kola).

Nekonečný pohyb koule po skluzu „vibračního mechanismu“. “Vynález” umělce Reidara Finsruda je k vidění v jeho galerii v Oslu.