מכונת תנועה תמידית, או בלטינית "perpetum mobile", היא מכונה היפותטית שיכולה לתפקד לנצח לאחר שנתנה לה דחף ראשוני וללא צורך באספקת אנרגיה לאחר מכן אליה.
חוקי התרמודינמיקה
כדי להבין אם ניידת פרפטום אפשרית או בלתי אפשרית, צריך לזכור את שני החוקים הראשונים של התרמודינמיקה:
- החוק הראשון של התרמודינמיקה אומר: "אנרגיה לא נוצרת ולא נהרסת, היא יכולה לעבור רק למצבים וצורות שונות." כלומר, אם מתבצעת עבודה על מערכת נתונה או שהיא מחליפה חום עם הסביבה החיצונית, אז האנרגיה הפנימית שלה משתנה.
- החוק השני של התרמודינמיקה. לדבריו, "האנטרופיה של היקום נוטה לגדול עם הזמן". חוק זה מציין לאיזה כיוון יתקדם התהליך התרמודינמי באופן ספונטני. בנוסף, חוק זה מרמז על חוסר האפשרות של העברת אנרגיה מסוג אחד לאחר ללא אובדן.
מכונת תנועה תמידית מהסוג הראשון והשני
Perpetuum mobile, או בלטינית perpetuum mobile, הוא משני סוגים:
- מכונת תנועה מתמדת מהסוג הראשון היא מכונה שעובדת כל הזמן ללא אספקת אנרגיה חיצונית ובמקביל עושה עבודה מסוימת. כלומר, ה-perpetum mobile מהסוג הראשון סותר את החוק הראשון של התרמודינמיקה, ולכן, אגב, הוא נקרא המנוע מהסוג הראשון.
- מכונת תנועה מתמדת מהסוג השני היא כל מכונה שעובדת עם מחזוריות מחזורית, הממירה סוג אחד של אנרגיה לאחר, למשל, מכנית לחשמלית ולהיפך, ללא הפסדים כלשהם בתהליך הטרנספורמציה הזו. כלומר, מכונת תנועה תמידית (perpetuum mobile) מהסוג השני סותרת את החוק השני של התרמודינמיקה.
אי אפשריות של קיום
מכונת תנועה מתמדת מהסוג הראשון סותרת את החוק הבסיסי של הפיזיקה לגבי שימור האנרגיה במערכת מבודדת, ולכן היא לא יכולה להתקיים. באשר ל-perpetuum mobile מהסוג השני, זה גם בלתי אפשרי, שכן בכל מנוע פועל, האנרגיה מתפזרת בדרכים שונות, בעיקר בצורת חום.
בהתחשב בכך שחוקי התרמודינמיקה אומתו על ידי כמה מאות שנים של ניסויים וניסויים ומעולם לא נכשלו, אנו יכולים לומר בבטחה שכל פרויקט של מכונות תנועה תמידית הוא מתיחה. פרויקטים כאלה מתעוררים לעתים קרובות בחוגים דתיים שונים, שבהם יש אמונות לגבי מקורות אנרגיה אינסופיים וכן הלאה.
יתר על כן, מנטליות שונות"פרדוקסים", אשר, כך נראה, מדגימים את היעילות של ניידות פרפטויום מסוימות. בכל המקרים האלה, אנחנו מדברים על טעויות בהבנת חוקי הפיזיקה, ולכן "פרדוקסים" נפשיים כאלה הם מאלפים.
חיפוש היסטורי אחר מכונות תנועה תמידית וחשיבותן להתפתחות האנושות
חוקי התרמודינמיקה נקבעו לבסוף במחצית השנייה של המאה ה-19. לדבריהם, כל מכונה פועלת אינה יכולה להעביר אנרגיה ממצב אחד לאחר ביעילות של 100%, שלא לדבר על אספקת אנרגיה קבועה למערכות אחרות מבלי לספק אותה למכונה עצמה.
למרות זאת, אנשים רבים במהלך ההיסטוריה ועד היום חיפשו וממשיכים לחפש עיצובים שונים של מכונות תנועה תמידיות עובדות, שניתן להשוות עם סוג של "סם נעורים" ב תחום המכניקה.
כל העיצובים של מכונות כאלה מבוססים על שימוש במשקלים, זוויות, תכונות פיזיות או מכניות שונות של חומרים ספציפיים שיכולים לנוע ללא הרף ואף ליצור כמות עודפת של אנרגיה שימושית. אם מדברים על הזמן המודרני וצרכי האנרגיה העצומים שלו, אפשר להבין את החשיבות של ה-perpetum mobile, שיהפוך למהפכה של ממש בהתפתחות האנושות.
בחזרה להיסטוריה, העיצובים הידועים הראשונים של מכונות תנועה מתמדת החלו להופיע באירופה של ימי הביניים. מאמינים שההמצאה המקבילה בבוואריה במאה ה-8 הפכה לדגם הראשון של מכונת תנועה מתמדת.המאה לספירה.
עיצובים מפורסמים של מכונות תנועה תמידית בימי הביניים
למרבה הצער, שום דבר לא ידוע על קיומם של פרויקטים ניידים מתמידים בחברות לפני ימי הביניים. לא נשמר מידע על כך שהיוונים הקדמונים או הרומאים בנו מכונות כאלה.
ההמצאה העתיקה ביותר של מכונת התנועה התמידית המוכרת לאנושות היא גלגל הקסם. למרות שלא נשמרו תמונות של המצאה זו, מקורות היסטוריים כתובים אומרים שהיא מתוארכת לתקופת קיומה של האימפריה המרובינגית בשטחה של בוואריה המודרנית במאה ה-8. עם זאת, כמה היסטוריונים אומרים שהמכונה הזו לא באמת הייתה קיימת ושכל המידע עליה הוא אגדה.
בהסקרה היה מתמטיקאי הודי מפורסם שמוכר כמדען המשפיע ביותר של ימי הביניים ביבשת שלו. עבודתו על משוואות דיפרנציאליות קדמה לעבודה דומה של ניוטון ולייבניץ ב-5 מאות שנים. בסביבות 1150, בהסקרה המציא גלגל שאמור היה להסתובב לנצח. למרבה הצער, המצאה זו מעולם לא נבנתה, אבל היא העדות הראשונה ללא ספק לניסיונות ליצור תנועה מתמדת.
ההמצאה הראשונה של מכונת תנועה מתמדת באירופה היא המכונית של הבונה החופשי הצרפתי המפורסם והאדריכל של המאה ה-13 Villard de Honnecourt. לא ידוע בוודאות אם ההמצאה שלו נבנתה, אבל ביומניו של וילארד דה הונקור הם מוצאים תמונה של ה-perpetuum mobile שלו.
מהנדס וממציא אגדי מפירנצה, ליאונרדו דה וינצ'י יצר גם כמה מכונות - מכונות תנועה תמידית, ומבחינה זו הוא הקדים את זמנו בכמה מאות שנים. מכונות אלו, כמובן, התבררו כלא ניתנות להפעלה, והמדען הגיע למסקנה שמכונות תנועה מתמדת אינן יכולות להתקיים בפיזיקה.
מכונות תנועה תמידית של העידן החדש
עם כניסת העת המודרנית, המצאת מכונת התנועה התמידית הפכה לבילוי פופולרי, וממציאים רבים השקיעו את זמנם ביצירת מכונה כזו. פריחה זו נובעת בעיקר מההצלחה בפיתוח המכניקה.
לכן, הממציא האיטלקי מהמאה ה-16, מארק זימארה, עיצב טחנה שעובדת ללא הרף, וההולנדי קורנליוס דרבל הקדיש את אחת ההמצאות הללו למלך האנגלי. בשנת 1712, המהנדס יוהן בסלר ניתח יותר מ-300 המצאות כאלה והחליט ליצור נייד משלו.
כתוצאה מכך, בשנת 1775, חברי האקדמיה המלכותית למדעים בפריז הוציאו צו שהם לא יקבלו שום המצאה הקשורה לנושא של מכונת תנועה תמידית.
ניסויי מחשבה
בפיזיקה תיאורטית, ניסויי מחשבה משמשים לעתים קרובות כדי לנסות לבחון חוקים פיזיקליים בסיסיים. לגבי הנושא של מכונות תנועה תמידית, ניתן להזכיר את הפרויקטים הבאים:
השד של מקסוול. אנחנו מדברים על הפרה של החוק השני של התרמודינמיקה, כאשר שד היפותטי מפריד בין תערובת גזים. ניסוי מחשבה זה מאפשרלהבין את מהות האנטרופיה של המערכת
מכונת התנועה התמידית של ריצ'רד פיינמן שפועלת לפי תנודות תרמיות ולכן יכולה לפעול לנצח. למעשה, זה יעבוד כל עוד בסביבה יש טמפרטורה גבוהה יותר מהמנוע עצמו
האם התקווה ליצור מכונת תנועה מתמדת סוף סוף מתה?
איננו יכולים לומר בוודאות שמנגנון המסוגל לעבוד לנצח לעולם לא יומצא, מכיוון שהאנושות עדיין לא יודעת הרבה על היקום שבו היא חיה. אולי יתגלה זן של חומר אקזוטי, כמו חומר שחור בחלל, שכמעט לא ידוע עליו דבר. התנהגותו של עניין זה עשויה לאלץ אותנו לשקול מחדש את חוקי התרמודינמיקה. חוקים אלו הינם כה יסודיים שכל שינוי בהיקפם יהיה דומה להשפעת התיאוריה של אלברט איינשטיין על חוקי המכניקה הקלאסית של אייזק ניוטון ועל התפתחות הפיזיקה בכלל. ייתכן גם שקיימת תנועה מתמדת באובייקטים שהתנהגותם נשלטת על ידי מכניקת הקוונטים.
