永动机：为什么没有人——甚至达芬奇——能让它们运转

这一切都归结于那些令人讨厌的热力学定律。

达芬奇对永动机的尝试。

图片来源：公共领域

自从我们发现能量，直到我们发现它违反物理定律，人们一直梦想着创造一台永动机。永动机是一种一旦启动，理论上可以永远保持运动状态而无需添加任何额外能量的装置。 

许多人努力创造这样的机器，但都以零成功。这种设备的早期设计包括 Villard de Honnecourt 的 Perpetuum Mobile。该装置于 1225 年至 1235 年间提出，旨在通过在轮子上附加重物来维持轮子的运动 

“很长一段时间以来，大师们一直在讨论如何让车轮自行转动，”维拉德写道。 “这就是如何通过固定数量的木槌或水银来完成这件事。”

当然，问题在于，将木槌提升到弧线顶部所需的力量大于从另一侧落下的木槌所带来的轮子增益。该视频演示了它在实践中的工作原理。

正如您所看到的，它不是永远提供免费能量，而是立即停止，而不向系统输入额外的能量（大力推动）。

早在牛顿令人讨厌的定律排除它们之前，这种机器就被本能地认为是荒谬的。

“噢，你们这些追求永动机的人，你们追寻过多少虚荣的嵌合体？”据说列奥纳多·达·芬奇曾谈到那些试图制造此类设备的人。 “去和炼金术士们一起去吧。”

达芬奇可能会被指责为两面派，因为他的笔记本包含几种不同永动机的设计（尽管他认为它们不太可能起作用），其中包括一个略有不同版本的带有重物的旋转轮。尽管需要手指持续输入能量，但它的效果相当好。

永动机不起作用，因为它们违反热力学第一和第二定律。第一定律——能量不能被创造或消灭，只能改变形式——意味着你得到的能量不可能比你输入的多，这使得这种追求对于任何希望使用永动机产生能量的人来说都是毫无用处的。

如果你想要一个设备永远自行旋转，那么你也会因为第二定律而运气不佳，该定律指出，孤立系统的熵随着时间的推移而增加，并且热量总是从较热的区域“下坡”流向较冷的区域。实际上，它告诉我们，随着能量的转移和转化，其中一些能量被分散并“浪费”，例如通过摩擦产生的热量损失。当机器运转时，系统会以热量和摩擦的形式损失能量，即使不是像上面那样立即停止，即使是设计最精良的“永动机”最终也会停止。

这并不意味着多年来人们没有假装发明了机器，结果是专利局不再接受永动机的主张。 

英国皇家学会的一个有趣的“永动机”例子是由科学家大卫·琼斯以化名“代达罗斯”创造的。

这个轮子已经移动了几十年，尽管它确实时不时需要进行秘密的调整。这台机器是琼斯为了好玩而制造的，当然它违反了物理定律。一些隐藏的机制，可能隐藏在车轮辐条上的黑匣子或其下方的管道和盒子内，必须提供额外的能量来保持车轮移动。但真正的方法却是保密的，三十年之内都不会被揭晓。

“许多人试图辨别代达罗斯永动机的伪装工作原理，”该装置所在地英国皇家学会的弗吉尼亚·米尔斯 (Virginia Mills) 在 2018 年写道。“但我听说只有一个人曾提出过正确的答案。它的创造者。”

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