กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 11 นาที

ไม่มีชื่อบทความ

การเคลื่อนที่ตลอดกาล คือ การเคลื่อนที่ ของ วัตถุ ที่ดำเนินต่อไปอย่างไม่มีที่สิ้นสุดในระบบที่ไม่ถูกรบกวน เครื่องจักรที่เคลื่อนที่ตลอดกาล...

การเคลื่อนที่ตลอดกาล

เครื่องจักรเคลื่อนที่ตลอดกาลแบบ "สกรูน้ำ" ของ โรเบิร์ต ฟลัดด์ปี 1618 จากภาพแกะสลักไม้ในปี 1660 ได้รับการยกย่องอย่างกว้างขวางว่าเป็นความพยายามครั้งแรกในการอธิบายอุปกรณ์ดังกล่าว[หมายเหตุ 1 ] [ 1 ]
Something for Nothing (1940) เป็นภาพยนตร์สั้นที่นำเสนอเรื่องราวของรูบ โกลด์เบิร์กที่แสดงให้เห็นถึงนโยบายของสำนักงานสิทธิบัตรสหรัฐฯ เกี่ยวกับเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลา (และประสิทธิภาพการใช้พลังงานของ น้ำมันเบนซิน )

การเคลื่อนที่ตลอดกาลคือการเคลื่อนที่ของวัตถุที่ดำเนินต่อไปอย่างไม่มีที่สิ้นสุดในระบบที่ไม่ถูกรบกวนเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ตลอดกาลเป็นเครื่องจักรในจินตนาการที่สามารถทำงานได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุดโดยไม่ต้องใช้ แหล่ง พลังงาน ภายนอก เครื่องจักรประเภทนี้เป็นไปไม่ได้ เนื่องจากหากมันมีอยู่จริงจะขัดกับ กฎ ข้อที่หนึ่งและ/หรือ ข้อ ที่สองของอุณหพลศาสตร์[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]กฎของอุณหพลศาสตร์เหล่านี้ใช้ได้โดยไม่คำนึงถึงขนาดของระบบ ดังนั้น เครื่องจักรที่ดึงพลังงานจากแหล่งที่มีจำกัดจึงไม่สามารถทำงานได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุด เพราะมันถูกขับเคลื่อนด้วยพลังงานที่เก็บไว้ในแหล่ง ซึ่งในที่สุดก็จะหมดไป ตัวอย่างทั่วไปคืออุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยกระแสน้ำในมหาสมุทร ซึ่งพลังงานนั้นได้มาจากดวงอาทิตย์ในที่สุด ซึ่งดวงอาทิตย์เองก็จะดับลงใน ที่สุด

ประวัติศาสตร์

ประวัติศาสตร์ของเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลาย้อนกลับไปถึงยุคกลาง[ 6 ]เป็นเวลาหลายพันปีที่ไม่ชัดเจนว่าอุปกรณ์ที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลานั้นเป็นไปได้หรือไม่ จนกระทั่งการพัฒนาทฤษฎีเทอร์โมไดนามิกส์สมัยใหม่แสดงให้เห็นว่าเป็นไปไม่ได้ ถึงกระนั้นก็ยังมีความพยายามมากมายในการสร้างเครื่องจักรดังกล่าว ซึ่งยังคงดำเนินต่อไปจนถึงยุคปัจจุบัน[ 7 ]นักออกแบบและผู้สนับสนุนสมัยใหม่มักใช้คำอื่น เช่น "เกินหนึ่งหน่วย" [ 8 ]เพื่ออธิบายสิ่งประดิษฐ์ของพวกเขา

หลักการพื้นฐาน

โอ้ เหล่าผู้แสวงหาการเคลื่อนที่ตลอดกาล พวกเจ้าได้ไล่ตามภาพลวงตาอันไร้สาระมามากมายเพียงใด? จงไปอยู่กับเหล่านักเล่นแร่แปรธาตุเถิด

เลโอนาร์โด ดา วินชี, 1494 [ 9 ] [ 10 ]

มีความเห็นพ้องทางวิทยาศาสตร์ว่า การเคลื่อนที่ตลอดกาลในระบบที่แยกตัวออกจากสิ่งแวดล้อมภายนอกนั้น ขัดแย้งกับกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์หรือทั้งสองข้อ กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์เป็นรูปแบบหนึ่งของกฎการอนุรักษ์พลังงานส่วนกฎข้อที่สองนั้นสามารถอธิบายได้หลายวิธี วิธีที่เข้าใจง่ายที่สุดคือความร้อนจะไหลจากที่ร้อนกว่าไปยังที่เย็นกว่าโดยธรรมชาติ ที่เกี่ยวข้องในที่นี้คือ กฎดังกล่าวสังเกตว่าในทุกกระบวนการระดับมหภาค จะมีแรงเสียดทานหรือสิ่งที่ใกล้เคียงกับแรงเสียดทาน และอีกนัยหนึ่งคือ ไม่มีเครื่องยนต์ความร้อน (เครื่องยนต์ที่ผลิตงานโดยการเคลื่อนย้ายความร้อนจากอุณหภูมิสูงไปยังอุณหภูมิต่ำ) ใดที่จะมีประสิทธิภาพมากกว่าเครื่องยนต์ความร้อนคาร์โนต์ที่ทำงานระหว่างสองอุณหภูมิเดียวกันนั้น

กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ:

  1. ในระบบที่แยกตัวออกจากสิ่งแวดล้อมภายนอก เราไม่สามารถสร้างพลังงานใหม่ได้ (กฎการอนุรักษ์พลังงาน) ดังนั้นประสิทธิภาพเชิงความร้อนซึ่งก็คือ กำลังงานที่ผลิตได้หารด้วยกำลังความร้อนที่ป้อนเข้าไป จึงไม่สามารถมีค่ามากกว่าหนึ่งได้
  2. กำลังงานที่ได้จากเครื่องยนต์ความร้อนนั้นมีค่าน้อยกว่ากำลังความร้อนที่ป้อนเข้าไปเสมอ พลังงานความร้อนส่วนที่เหลือจะสูญเปล่าไปในรูปของความร้อนสู่สิ่งแวดล้อมโดยรอบ ดังนั้นประสิทธิภาพเชิงความร้อนจึงมีค่าสูงสุด ซึ่งกำหนดโดยประสิทธิภาพของคาร์โนต์ และมีค่าน้อยกว่าหนึ่งเสมอ
  3. ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนจริงนั้นต่ำกว่าประสิทธิภาพของคาร์โนต์เสียอีก เนื่องจากความไม่สามารถย้อนกลับได้ซึ่งเกิดจากความเร็วของกระบวนการต่างๆ รวมถึงแรงเสียดทาน

ข้อความที่ 2 และ 3 ใช้ได้กับเครื่องยนต์ความร้อน เครื่องยนต์ประเภทอื่นที่แปลงพลังงาน เช่น พลังงานกล เป็นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า ไม่สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ 100% เพราะเป็นไปไม่ได้ที่จะออกแบบระบบใดๆ ที่ปราศจากการสูญเสียพลังงาน

เครื่องจักรที่สอดคล้องกับกฎของเทอร์โมไดนามิกส์ทั้งสองข้อโดยการเข้าถึงพลังงานจากแหล่งที่ไม่ธรรมดา บางครั้งถูกเรียกว่าเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลา แม้ว่าจะไม่ตรงตามเกณฑ์มาตรฐานสำหรับชื่อนั้นก็ตาม ตัวอย่างเช่น นาฬิกาและเครื่องจักรพลังงานต่ำอื่นๆ เช่นนาฬิกาของค็อกซ์ได้รับการออกแบบให้ทำงานโดยอาศัยความแตกต่างของความดันบรรยากาศหรืออุณหภูมิระหว่างกลางวันและกลางคืน เครื่องจักรเหล่านี้มีแหล่งพลังงาน แม้ว่าจะไม่ปรากฏให้เห็นได้ชัดเจน ดังนั้นจึงดูเหมือนว่าพวกมันฝ่าฝืนกฎของเทอร์โมไดนามิกส์เท่านั้น

แม้แต่เครื่องจักรที่ดึงพลังงานจากแหล่งพลังงานที่มีอายุยืนยาว เช่น กระแสน้ำในมหาสมุทร ก็จะหยุดทำงานเมื่อแหล่งพลังงานของมันหมดลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เครื่องจักรเหล่านี้ไม่ใช่เครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลา เพราะมันใช้พลังงานจากแหล่งภายนอกและไม่ใช่ระบบที่แยกตัวออกจากสิ่งแวดล้อมภายนอก

การจำแนกประเภท

การจำแนกประเภทหนึ่งของเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลาหมายถึงกฎเฉพาะของเทอร์โมไดนามิกส์ที่เครื่องจักรอ้างว่าละเมิด: [ 11 ]

  • เครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลาแบบแรกนั้นผลิตงานได้โดย ไม่ต้องใช้ พลังงานป้อนเข้าดังนั้นจึงขัดกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน
  • เครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลาแบบที่สองคือเครื่องจักรที่แปลงพลังงานความร้อนเป็นงานเชิงกลได้เองโดยอัตโนมัติ เมื่อพลังงานความร้อนเท่ากับงานที่ทำ การกระทำนี้จะไม่ขัดกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน อย่างไรก็ตาม การกระทำนี้จะขัดกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ที่ ละเอียดอ่อนกว่า ในกระบวนการวัฏจักร (ดูเพิ่มเติมที่เอนโทรปี ) ลักษณะเฉพาะของเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลาแบบที่สอง คือ มีแหล่งเก็บความร้อนเพียงแหล่งเดียว ซึ่งกำลังเย็นลงเองโดยอัตโนมัติโดยไม่ต้องถ่ายเทความร้อนไปยังแหล่งเก็บความร้อนที่เย็นกว่า การแปลงความร้อนเป็นงานที่มีประโยชน์โดยไม่มีผลข้างเคียงใดๆ นั้นเป็นไปไม่ได้ตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์
  • เครื่องจักรเคลื่อนที่ตลอดกาลประเภทที่สามถูกกำหนดให้เป็นเครื่องจักรที่ขจัดแรงเสียดทานและแรงสูญเสียอื่นๆ ออกไปอย่างสมบูรณ์ เพื่อรักษาการเคลื่อนที่ตลอดไปเนื่องจากมวลเฉื่อย ( ในกรณีนี้ ประเภทที่สามหมายถึงตำแหน่งในแผนผังการจำแนกประเภทข้างต้นเท่านั้น ไม่ใช่กฎข้อที่สามของเทอร์โมไดนามิกส์ ) เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างเครื่องจักรดังกล่าว[ 12 ] [ 13 ]เนื่องจากการสูญเสียไม่สามารถถูกกำจัดออกไปได้อย่างสมบูรณ์ในระบบกลไก ไม่ว่าระบบจะเข้าใกล้อุดมคตินี้มากแค่ไหนก็ตาม (ดูตัวอย่างในหัวข้อ แรงเสียดทานต่ำด้านล่าง)

เป็นไปไม่ได้

นิตยสาร Popular Scienceฉบับเดือนตุลาคม ค.ศ. 1920 เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ตลอดกาล แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะพิสูจน์แล้วว่าการเคลื่อนที่ตลอดกาลเป็นไปไม่ได้ภายใต้กฎทางฟิสิกส์ แต่การเคลื่อนที่ตลอดกาลก็ยังคงดึงดูดจินตนาการของนักประดิษฐ์อยู่เสมอ[หมายเหตุ 2 ]

" ความเป็นไปไม่ได้ทางความรู้ " อธิบายถึงสิ่งที่ไม่สามารถเกิดขึ้นได้อย่างแน่นอนภายใต้กฎทางฟิสิกส์ที่เรา กำหนดไว้ ในปัจจุบันการตีความคำว่า "เป็นไปไม่ได้" นี้คือสิ่งที่ตั้งใจจะกล่าวถึงในการอภิปรายถึงความเป็นไปไม่ได้ของการเคลื่อนที่ตลอดกาลในระบบปิด[ 14 ]

กฎการอนุรักษ์นั้นมีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษจากมุมมองทางคณิตศาสตร์ทฤษฎีบทของ Noetherซึ่งได้รับการพิสูจน์ทางคณิตศาสตร์ในปี 1915 ระบุว่ากฎการอนุรักษ์ใดๆ ก็สามารถอนุมานได้จากสมมาตรต่อเนื่องที่สอดคล้องกันของการกระทำของระบบทางกายภาพ[ 15 ]สมมาตรที่เทียบเท่ากับการอนุรักษ์พลังงานคือความไม่แปรเปลี่ยนตามเวลาของกฎทางฟิสิกส์ ดังนั้น หากกฎของฟิสิกส์ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา การอนุรักษ์พลังงานก็จะตามมา การที่การอนุรักษ์พลังงานจะถูกละเมิดเพื่อให้เกิดการเคลื่อนที่ตลอดกาลนั้น จะต้องทำให้พื้นฐานของฟิสิกส์เปลี่ยนแปลงไป[ 16 ]

การตรวจสอบทางวิทยาศาสตร์ว่ากฎของฟิสิกส์ไม่เปลี่ยนแปลงตามกาลเวลาหรือไม่นั้น ใช้กล้องโทรทรรศน์เพื่อตรวจสอบจักรวาลในอดีตอันไกลโพ้น เพื่อค้นหาว่าดาวฤกษ์โบราณนั้นเหมือนกับดาวฤกษ์ในปัจจุบันหรือไม่ ตามขีดจำกัดของการวัดของเรา การรวมการวัดที่แตกต่างกัน เช่นสเปกโทรสโกปีการวัดความเร็วแสงโดยตรงในอดีตและการวัดที่คล้ายกัน แสดงให้เห็นว่าฟิสิกส์ยังคงเหมือนเดิมอย่างมาก หากไม่เหมือนกัน ตลอดช่วงเวลาที่สังเกตได้ซึ่งกินเวลาหลายพันล้านปี[ 17 ]

หลักการของอุณหพลศาสตร์ได้รับการพิสูจน์อย่างดีแล้วทั้งในเชิงทฤษฎีและเชิงทดลอง ดังนั้นข้อเสนอเกี่ยวกับเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลาจึงถูกนักฟิสิกส์ปฏิเสธโดยสิ้นเชิง การออกแบบเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลาที่เสนอมานั้นถือเป็นความท้าทายที่อาจให้บทเรียนแก่นักฟิสิกส์ได้ กล่าวคือ เรามั่นใจว่ามันไม่สามารถทำงานได้ ดังนั้นเราต้องอธิบายว่าเหตุใดมันจึงล้มเหลว ความยากลำบาก (และคุณค่า) ของการดำเนินการดังกล่าวขึ้นอยู่กับความละเอียดอ่อนของข้อเสนอ ข้อเสนอที่ดีที่สุดมักจะเกิดขึ้นจากการทดลองทางความคิด ของนักฟิสิกส์เอง และมักจะให้ความกระจ่างในบางแง่มุมของฟิสิกส์ ตัวอย่างเช่น การทดลองทางความคิดเกี่ยวกับ กลไกแบบ บราวน์แรตเช็ตในฐานะเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลานั้นได้รับการกล่าวถึงครั้งแรกโดยกาเบรียล ลิปป์แมนน์ในปี 1900 แต่จนกระทั่งปี 1912 ที่มาเรียน สโมลูโชฟสกีได้ให้คำอธิบายที่เพียงพอว่าทำไมมันจึงทำงานไม่ได้[ 18 ]อย่างไรก็ตาม ในช่วงเวลาสิบสองปีนั้น นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้เชื่อว่าเครื่องจักรนั้นเป็นไปได้ พวกเขาเพียงแต่ไม่ทราบกลไกที่แน่นอนที่ทำให้มันล้มเหลวอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

กฎที่ว่าเอนโทรปีเพิ่มขึ้นเสมอ – กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ – ผมคิดว่าเป็นกฎที่สำคัญที่สุดในบรรดากฎของธรรมชาติ หากมีใครชี้ให้คุณเห็นว่าทฤษฎีจักรวาลที่คุณเชื่อนั้นขัดแย้งกับสมการของแม็กซ์เวลล์ – ก็ถือว่าสมการของแม็กซ์เวลล์นั้นแย่ไปเอง หากพบว่าขัดแย้งกับการสังเกตการณ์ – ก็ช่างเถอะ นักทดลองพวกนี้ก็ผิดพลาดได้บ้าง แต่หากพบว่าทฤษฎีของคุณขัดแย้งกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ผมก็ให้ความหวังคุณไม่ได้ มันไม่มีทางเลือกอื่นนอกจากต้องล่มสลายด้วยความอับอายขายหน้าอย่างที่สุด

เซอร์ อาร์เธอร์ สแตนลีย์ เอ็ดดิงตัน , ธรรมชาติของโลกทางกายภาพ (1927)

ในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 เฮนรี เดิร์กส์ได้ศึกษาประวัติศาสตร์ของการทดลองเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ตลอดกาล และเขียนบทความโจมตีอย่างรุนแรงต่อผู้ที่ยังคงพยายามทำในสิ่งที่เขาเชื่อว่าเป็นไปไม่ได้:

มีบางสิ่งที่น่าเศร้า น่าหดหู่ และแทบจะบ้าคลั่งในการไล่ตามแผนการอันล้ำสมัยในอดีตด้วยความมุ่งมั่นแน่วแน่ ในเส้นทางการเรียนรู้ที่จิตใจที่เหนือกว่าได้ทำการศึกษามาแล้ว และบุคคลผู้กล้าหาญเช่นนี้กลับไม่คุ้นเคยเลย ประวัติศาสตร์ของการเคลื่อนที่ตลอดกาลคือประวัติศาสตร์ของความบ้าบิ่นของบุคคลที่เรียนรู้เพียงครึ่งเดียว หรือไม่รู้เรื่องเลย[ 19 ]

เฮนรี เดิร์กส์, Perpetuum Mobile: Or, A History of the Search for Self-motive (1861)

เทคนิค

วันหนึ่งมนุษย์จะเชื่อมต่ออุปกรณ์ของตนเข้ากับกลไกการทำงานของจักรวาล [...] และพลังที่ขับเคลื่อนดาวเคราะห์ในวงโคจรและทำให้พวกมันหมุนก็จะหมุนเครื่องจักรของเขาเองด้วย

แนวคิดทั่วไปบางประการปรากฏซ้ำๆ ในการออกแบบเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลา แนวคิดหลายอย่างที่ยังคงปรากฏในปัจจุบันได้รับการกล่าวถึงตั้งแต่ปี ค.ศ. 1670 โดยจอห์น วิลกินส์บิชอปแห่งเชสเตอร์และเจ้าหน้าที่ของราชสมาคมเขาได้สรุปแหล่งพลังงานที่เป็นไปได้สามแหล่งสำหรับเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลา ได้แก่ " การสกัด ทางเคมี " "คุณสมบัติทางแม่เหล็ก" และ "อิทธิพลตามธรรมชาติของแรงโน้มถ่วง" [ 1 ]

ความสามารถอันลึกลับของแม่เหล็กในการควบคุมการเคลื่อนที่จากระยะไกลโดยไม่มีแหล่งพลังงานที่เห็นได้ชัดนั้น ดึงดูดความสนใจของนักประดิษฐ์มานานแล้ว ตัวอย่างแรกๆ ของมอเตอร์แม่เหล็กนั้นถูกเสนอโดยวิลกินส์และถูกลอกเลียนแบบอย่างกว้างขวางนับตั้งแต่นั้นมา โดยประกอบด้วยทางลาดที่มีแม่เหล็กอยู่ด้านบน ซึ่งดึงลูกบอลโลหะขึ้นไปตามทางลาด ใกล้กับแม่เหล็กมีรูเล็กๆ ที่ควรจะทำให้ลูกบอลตกลงไปใต้ทางลาดและกลับลงมาด้านล่าง ซึ่งมีแผ่นปิดที่ทำให้ลูกบอลกลับขึ้นไปด้านบนอีกครั้ง อย่างไรก็ตาม หากแม่เหล็กจะแข็งแรงพอที่จะดึงลูกบอลขึ้นไปตามทางลาดได้ มันก็ต้องไม่เบาเกินไปจนแรงโน้มถ่วงดึงลูกบอลผ่านรูได้ เมื่อเผชิญกับปัญหานี้ รุ่นที่ทันสมัยกว่าจึงมักใช้ทางลาดและแม่เหล็กหลายชุด โดยจัดวางตำแหน่งเพื่อให้ลูกบอลถูกส่งต่อจากแม่เหล็กหนึ่งไปยังอีกแม่เหล็กหนึ่งขณะที่มันเคลื่อนที่ ปัญหายังคงเหมือนเดิม

เครื่องจักรที่ทำงานได้ตลอดไปของวิลลาร์ด เดอ ฮอนเนคอร์ต (ประมาณปี 1230)
"ล้อที่ไม่สมดุล" ซึ่งมีการระบุระยะห่างของน้ำหนักจากเส้นศูนย์กลาง แสดงให้เห็นว่าแรงบิดบนทั้งสองด้านนั้นโดยเฉลี่ยแล้วจะสมดุลกัน

แรงโน้มถ่วงยังทำงานในระยะไกลโดยไม่มีแหล่งพลังงานที่เห็นได้ชัด แต่เพื่อให้ได้พลังงานจากสนามโน้มถ่วง (เช่น การปล่อยวัตถุหนักลงมา ซึ่งก่อให้เกิดพลังงานจลน์ขณะที่มันตกลงมา) จำเป็นต้องใส่พลังงานเข้าไป (เช่น การยกวัตถุขึ้น) และพลังงานบางส่วนจะสูญเสียไปในกระบวนการนั้นเสมอ ตัวอย่างการประยุกต์ใช้แรงโน้มถ่วงในเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลาคือ ล้อของ ภัสการะในศตวรรษที่ 12 ซึ่งแนวคิดหลักของมันเป็นธีมที่เกิดขึ้นซ้ำๆ มักเรียกว่า ล้อที่ไม่สมดุล: มีการติดตุ้มน้ำหนักที่เคลื่อนที่ได้ไว้กับล้อในลักษณะที่ว่า ตุ้มน้ำหนักจะตกลงไปอยู่ในตำแหน่งที่ห่างจากศูนย์กลางของล้อมากขึ้นในช่วงครึ่งแรกของการหมุนของล้อ และเข้าใกล้ศูนย์กลางมากขึ้นในช่วงครึ่งหลัง เนื่องจากตุ้มน้ำหนักที่อยู่ห่างจากศูนย์กลาง จะ สร้างแรงบิด มากกว่า จึงคิดว่าล้อจะหมุนได้ตลอดไป อย่างไรก็ตาม เนื่องจากด้านที่มีตุ้มน้ำหนักอยู่ห่างจากศูนย์กลางมีตุ้มน้ำหนักน้อยกว่าอีกด้านหนึ่ง ในขณะนั้น แรงบิดจึงสมดุล และการเคลื่อนที่ตลอดเวลาจึงไม่เกิดขึ้น[ 20 ]น้ำหนักที่เคลื่อนที่อาจเป็นค้อนบนแขนหมุน หรือลูกบอลกลิ้ง หรือปรอทในหลอด หลักการก็เหมือนกัน

ล้อที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลา จากภาพวาดของเลโอนาร์โด ดา วินชี

เครื่องจักรเชิงทฤษฎีอีกแบบหนึ่งเกี่ยวข้องกับสภาพแวดล้อมที่ปราศจากแรงเสียดทานสำหรับการเคลื่อนที่ โดยใช้ การลอยตัว ด้วยสนามแม่เหล็กหรือสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อทำให้วัตถุลอยได้ ซึ่งทำในสุญญากาศเพื่อขจัดแรงเสียดทานจากอากาศและแรงเสียดทานจากแกนหมุน วัตถุที่ลอยอยู่จะสามารถหมุนรอบจุดศูนย์กลางมวลของมันได้อย่างอิสระโดยไม่มีสิ่งกีดขวาง อย่างไรก็ตาม เครื่องจักรนี้ไม่มีประโยชน์ในทางปฏิบัติ เพราะวัตถุที่หมุนอยู่ไม่สามารถทำงานใดๆ ได้ เนื่องจากงานต้องอาศัยวัตถุที่ลอยอยู่ทำให้วัตถุอื่นๆ เคลื่อนที่ ซึ่งทำให้เกิดแรงเสียดทานขึ้นมา ยิ่งไปกว่านั้น สุญญากาศ ที่สมบูรณ์แบบเป็นเป้าหมายที่ไม่สามารถบรรลุได้ เนื่องจากทั้งภาชนะและตัววัตถุเองจะค่อยๆระเหยไปทำให้สุญญากาศเสื่อมลง

เพื่อดึงงานจากความร้อน และสร้างเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลาแบบที่สอง วิธีที่พบได้บ่อยที่สุด (ย้อนกลับไปอย่างน้อยถึงปีศาจของแม็กซ์เวลล์ ) คือ การเคลื่อนที่ แบบทิศทางเดียวเฉพาะโมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วพอและในทิศทางที่ถูกต้องเท่านั้นที่จะผ่านประตูของปีศาจได้ ในกลไกแบบบราวน์แรงที่พยายามหมุนกลไกไปในทิศทางหนึ่งจะสามารถทำได้ ในขณะที่แรงในทิศทางตรงกันข้ามทำไม่ได้ ไดโอดในอ่างความร้อนจะยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านในทิศทางเดียวและไม่ไหลผ่านในอีกทิศทางหนึ่ง โดยทั่วไปแล้ว แผนการเหล่านี้มักล้มเหลวในสองวิธี: การรักษาการเคลื่อนที่แบบทิศทางเดียวต้องใช้พลังงาน (ทำให้ปีศาจของแม็กซ์เวลล์ต้องทำงานทางเทอร์โมไดนามิกมากขึ้นเพื่อวัดความเร็วของโมเลกุล มากกว่าปริมาณพลังงานที่ได้รับจากความแตกต่างของอุณหภูมิที่เกิดขึ้น) หรือการเคลื่อนที่แบบทิศทางเดียวเป็นเพียงภาพลวงตา และการละเมิดครั้งใหญ่เป็นครั้งคราวจะชดเชยการไม่ละเมิดเล็กๆ น้อยๆ ที่เกิดขึ้นบ่อยครั้ง (กลไกแบบบราวน์จะอยู่ภายใต้แรงบราวน์ภายใน และดังนั้นบางครั้งจึงอาจหมุนไปในทิศทางที่ผิด)

"สายพานลอยน้ำ" บล็อกสีเหลืองแสดงถึงวัตถุลอยน้ำ เดิมทีคิดว่าวัตถุลอยน้ำจะลอยขึ้นผ่านของเหลวและหมุนสายพาน อย่างไรก็ตาม การผลักวัตถุลอยน้ำลงไปในน้ำที่ด้านล่างนั้นต้องใช้พลังงานมากเท่ากับพลังงานที่วัตถุลอยน้ำสร้างขึ้น และพลังงานบางส่วนก็สูญเปล่าไป

แรงลอยตัวเป็นอีกปรากฏการณ์หนึ่งที่มักเข้าใจผิดกัน เครื่องจักรที่เสนอว่าเป็นเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลาบางประเภท มองข้ามข้อเท็จจริงที่ว่า การผลักอากาศปริมาตรหนึ่งลงไปในของเหลว ต้องใช้พลังงานเท่ากับการยกของเหลวปริมาตรที่เท่ากันขึ้นไปต้านแรงโน้มถ่วง เครื่องจักรประเภทนี้อาจประกอบด้วยห้องสองห้องที่มีลูกสูบ และกลไกในการบีบอากาศจากห้องด้านบนลงไปในห้องด้านล่าง ซึ่งจะกลายเป็นแรงลอยตัวและลอยขึ้นไปด้านบน กลไกการบีบในแบบจำลองเหล่านี้จะไม่สามารถทำงานมากพอที่จะผลักอากาศลงไปได้ หรืออาจไม่มีพลังงานส่วนเกินเหลือให้ดึงออกมาใช้ได้

สิทธิบัตร

ข้อเสนอเกี่ยวกับเครื่องจักรที่ไม่สามารถใช้งานได้จริงเช่นนี้กลายเป็นเรื่องธรรมดาไปแล้ว จนกระทั่งสำนักงานสิทธิบัตรและเครื่องหมายการค้าแห่งสหรัฐอเมริกา (USPTO) ได้กำหนดนโยบายอย่างเป็นทางการที่จะปฏิเสธการให้สิทธิบัตรสำหรับเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลาโดยไม่มีแบบจำลองที่ใช้งานได้จริง คู่มือการปฏิบัติงานตรวจสอบสิทธิบัตรของ USPTO ระบุไว้ดังนี้:

ยกเว้นกรณีที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ตลอดกาล สำนักงานไม่จำเป็นต้องมีแบบจำลองเพื่อแสดงการทำงานของอุปกรณ์ หากมีข้อสงสัยเกี่ยวกับการทำงานของอุปกรณ์ ผู้สมัครจะต้องพิสูจน์ให้ผู้ตรวจสอบ เห็นเป็นที่น่าพอใจ แต่เขาหรือเธออาจเลือกวิธีการของตนเองในการดำเนินการดังกล่าว[ 21 ]

และยิ่งไปกว่านั้น:

การปฏิเสธ [คำขอสิทธิบัตร] ด้วยเหตุผลว่าขาดประโยชน์ใช้สอยนั้นรวมถึงเหตุผลที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น เช่น การใช้งานไม่ได้ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ตลอดกาล การปฏิเสธภายใต้ 35 USC 101 เนื่องจากขาดประโยชน์ใช้สอยไม่ควรมีพื้นฐานมาจากเหตุผลที่ว่าสิ่งประดิษฐ์นั้นไร้สาระ เป็นการฉ้อฉล หรือขัดต่อนโยบายสาธารณะ[ 22 ]

การยื่นคำขอสิทธิบัตรเป็นงานธุรการ และ USPTO จะไม่ปฏิเสธการยื่นคำขอสำหรับเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลา คำขอจะถูกยื่นและมีแนวโน้มที่จะถูกปฏิเสธโดยผู้ตรวจสอบสิทธิบัตรหลังจากที่เขาทำการตรวจสอบอย่างเป็นทางการ[ 23 ]แม้ว่าจะได้รับสิทธิบัตรแล้ว ก็ไม่ได้หมายความว่าสิ่งประดิษฐ์นั้นใช้งานได้จริง เพียงแต่หมายความว่าผู้ตรวจสอบเชื่อว่ามันใช้งานได้ หรือไม่สามารถหาเหตุผลว่าทำไมมันถึงใช้งานไม่ได้[ 23 ]

สำนักงานสิทธิบัตร แห่งสหราชอาณาจักรมีแนวปฏิบัติเฉพาะเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ตลอดกาล โดยมาตรา 4.05 ของคู่มือการปฏิบัติงานด้านสิทธิบัตรของสำนักงานสิทธิบัตรแห่งสหราชอาณาจักรระบุไว้ดังนี้:

กระบวนการหรือสิ่งของที่ถูกกล่าวหาว่าทำงานในลักษณะที่ขัดแย้งกับกฎทางฟิสิกส์ที่ได้รับการยอมรับอย่างชัดเจน เช่น เครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลา ถือว่าไม่มีการใช้งานในอุตสาหกรรม[ 24 ]

ตัวอย่างการตัดสินใจของสำนักงานสิทธิบัตรสหราชอาณาจักรในการปฏิเสธคำขอสิทธิบัตรสำหรับเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลา ได้แก่: [ 25 ]

  • การตัดสินใจ BL O/044/06 คำร้องของ John Frederick Willmott หมายเลข 0502841 [ 26 ]
  • การตัดสินใจ BL O/150/06 คำร้องของ Ezra Shimshi หมายเลข 0417271 [ 27 ]

การจำแนกประเภทสิทธิบัตรยุโรป (ECLA) มีหมวดหมู่ต่างๆ รวมถึงคำขอสิทธิบัตรเกี่ยวกับระบบการเคลื่อนที่ตลอดกาล: หมวดหมู่ ECLA "F03B17/04: อ้างว่าเป็น perpetua mobilia" และ "F03B17/00B: [... เครื่องจักรหรือเครื่องยนต์] (ที่มีการไหลเวียนแบบวงปิดหรือคล้ายกัน : ... การติดตั้งที่ของเหลวไหลเวียนในวงปิด; อ้างว่าเป็น perpetua mobilia ประเภทนี้หรือประเภทที่คล้ายกัน" [ 28 ]

เครื่องจักรที่ดูเหมือนจะเคลื่อนที่ได้ตลอดเวลา

เนื่องจากเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลาสามารถกำหนดได้เฉพาะในระบบแยกส่วนที่มีพารามิเตอร์แบบไม่ต่อเนื่องเท่านั้น และเนื่องจากระบบแยกส่วนที่แท้จริงไม่มีอยู่จริง (เนื่องจากความไม่แน่นอนทางควอนตัม เป็นต้น ) ดังนั้น "การเคลื่อนที่ตลอดเวลา" ในบริบทของบทความนี้จึงควรนิยามว่า "เครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลา" มากกว่า เนื่องจากเครื่องจักรคือ "อุปกรณ์ที่ทำงานด้วยกลไก ไฟฟ้า หรืออิเล็กทรอนิกส์เพื่อปฏิบัติงาน" [ 29 ]ในขณะที่ "การเคลื่อนที่" คือการเคลื่อนไหว (เช่น การเคลื่อนที่แบบบราวน์ ) โดยไม่คำนึงถึงความแตกต่าง ในระดับมหภาค มีแนวคิดและร่างทางเทคนิคที่เสนอ "การเคลื่อนที่ตลอดเวลา" แต่เมื่อวิเคราะห์อย่างละเอียดแล้วจะพบว่าพวกมัน "บริโภค" ทรัพยากรธรรมชาติหรือพลังงานแฝงบางอย่าง เช่น การเปลี่ยนแปลงสถานะของน้ำหรือของเหลวอื่นๆ หรือการไล่ระดับอุณหภูมิตามธรรมชาติเล็กน้อย หรือไม่สามารถรักษาการทำงานได้ไม่จำกัด โดยทั่วไปแล้ว การดึงงานจากอุปกรณ์เหล่านี้เป็นไปไม่ได้

สิ้นเปลืองทรัพยากร

"แอ่งเส้นเลือดฝอย"

ตัวอย่างของอุปกรณ์ดังกล่าว ได้แก่:

แรงเสียดทานต่ำ

ปรากฏการณ์ควอนตัม

ในปี 2016 [ 33 ] ได้มีการค้นพบ สถานะของสสารใหม่ที่เรียกว่าผลึกเวลาซึ่งในระดับจุลภาค อะตอมที่เป็นส่วนประกอบจะเคลื่อนที่ซ้ำๆ อย่างต่อเนื่อง จึงตรงตามนิยามของ "การเคลื่อนที่ตลอดกาล" [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้ไม่ได้เป็นเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ตลอดกาลในความหมายดั้งเดิม หรือละเมิดกฎของเทอร์โมไดนามิกส์ เนื่องจากอยู่ในสถานะพื้นฐาน วอนตัม จึงไม่สามารถดึงพลังงานออกมาจากพวกมันได้ พวกมันแสดงการเคลื่อนที่โดยปราศจากพลังงาน

การทดลองทางความคิด

ในบางกรณีการทดลองทางความคิดดูเหมือนจะชี้ให้เห็นว่าการเคลื่อนที่ตลอดกาลอาจเป็นไปได้ผ่านกระบวนการทางฟิสิกส์ที่ยอมรับและเข้าใจกัน อย่างไรก็ตาม ในทุกกรณี พบข้อบกพร่องเมื่อพิจารณาหลักฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องทั้งหมด ตัวอย่างเช่น:

  • ปีศาจของแม็กซ์เวลล์ : เดิมทีแนวคิดนี้ถูกเสนอขึ้นเพื่อแสดงให้เห็นว่ากฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ใช้ได้ในเชิงสถิติเท่านั้น โดยการตั้งสมมติฐานว่ามี "ปีศาจ" ที่สามารถเลือกโมเลกุลที่มีพลังงานและดึงพลังงานออกมาได้ การวิเคราะห์ (และการทดลอง) ในภายหลังแสดงให้เห็นว่าไม่มีวิธีใดที่จะนำระบบดังกล่าวมาใช้ในทางกายภาพได้โดยไม่ทำให้เอนโทรปี โดยรวมเพิ่ม ขึ้น
  • กลไกเฟืองบราวน์ : ในการทดลองทางความคิดนี้ เราจินตนาการถึงล้อพายที่เชื่อมต่อกับกลไกเฟืองการเคลื่อนที่แบบบราวน์จะทำให้โมเลกุลของก๊าซโดยรอบชนกับล้อพาย แต่กลไกเฟืองจะอนุญาตให้มันหมุนได้เพียงทิศทางเดียวเท่านั้น การวิเคราะห์อย่างละเอียดมากขึ้นแสดงให้เห็นว่า เมื่อพิจารณากลไกเฟืองทางกายภาพในระดับโมเลกุล การเคลื่อนที่แบบบราวน์ก็จะส่งผลกระทบต่อกลไกเฟืองและทำให้มันล้มเหลวแบบสุ่ม ส่งผลให้ไม่มีผลประโยชน์สุทธิ ดังนั้น อุปกรณ์นี้จึงไม่ขัดกับกฎของอุณหพลศาสตร์
  • พลังงานสุญญากาศและพลังงานจุดศูนย์ : เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ เช่นอนุภาคเสมือนและปรากฏการณ์แคสิเมียร์สูตรต่างๆ ของฟิสิกส์ควอน ตัมจึง รวมถึงพลังงานพื้นหลังที่แผ่กระจายไปทั่วพื้นที่ว่างเปล่า ซึ่งเรียกว่าพลังงานสุญญากาศหรือพลังงานจุดศูนย์ ความสามารถในการควบคุมพลังงานจุดศูนย์เพื่อการทำงานที่เป็นประโยชน์นั้นถือเป็นวิทยาศาสตร์เทียมโดยชุมชนวิทยาศาสตร์โดยทั่วไป[ 38 ] [ 39 ]นักประดิษฐ์ได้เสนอวิธีการต่างๆ ในการสกัดงานที่เป็นประโยชน์จากพลังงานจุดศูนย์ แต่ไม่มีวิธีใดที่พบว่าใช้งานได้จริง[ 38 ] [ 40 ]ไม่มีการอ้างสิทธิ์ใดๆ เกี่ยวกับการสกัดพลังงานจุดศูนย์ที่ได้รับการตรวจสอบโดยชุมชนวิทยาศาสตร์[ 41 ]และไม่มีหลักฐานว่าพลังงานจุดศูนย์สามารถนำไปใช้ในทางที่ขัดต่อการอนุรักษ์พลังงานได้[ 42 ]
  • ปรากฏการณ์ขัดแย้งทรงรี : ปรากฏการณ์ขัดแย้งนี้พิจารณาโพรงสะท้อนแสงที่สมบูรณ์แบบที่มีวัตถุดำ สองชิ้น อยู่ที่จุดAและBพื้นผิวสะท้อนแสงประกอบด้วยส่วนวงรีสองส่วนE และE และ ส่วนทรงกลมS โดยวัตถุที่ AและBอยู่ที่จุดโฟกัสร่วมของวงรีทั้งสอง และBอยู่ที่ศูนย์กลางของSการกำหนดค่านี้ทำให้วัตถุดำที่Bร้อนขึ้นเมื่อเทียบกับA : รังสีที่มาจากวัตถุดำที่Aจะตกกระทบและถูกดูดซับโดยวัตถุดำที่B ในทำนอง เดียวกัน รังสีที่มาจากจุดBที่ตกกระทบE และE จะสะท้อนกลับไปยังAอย่างไรก็ตาม รังสีจำนวนมากที่เริ่มต้นจากBจะตกกระทบSและสะท้อนกลับไปยังBปรากฏการณ์ขัดแย้งนี้ได้รับการแก้ไขเมื่อพิจารณาขนาดที่จำกัดของวัตถุดำแทนที่จะเป็นวัตถุดำแบบจุด[ 43 ] [ 44 ]
พื้นผิวพาราด็อกซ์ทรงรีและรังสีที่แผ่ออกมาจากวัตถุAในทิศทางของวัตถุB ( ) เมื่อวัตถุAและBเป็นจุด รังสีทั้งหมดจากAจะต้องตกกระทบB ( ) เมื่อวัตถุAและBเป็นทรงขยาย รังสีบางส่วนจากAจะไม่ตกกระทบBและอาจกลับไปยังA ใน ที่สุด

ทฤษฎีสมคบคิด

แม้จะถูกมองว่าเป็นวิทยาศาสตร์เทียมเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลากลับกลายเป็นเป้าหมายของทฤษฎีสมคบคิดโดยอ้างว่าบริษัทหรือรัฐบาลต่างปกปิดเครื่องจักรเหล่านี้จากสาธารณชน และจะสูญเสียการควบคุมทางเศรษฐกิจหากมีแหล่งพลังงานที่สามารถผลิตพลังงานได้ในราคาถูก[ 45 ] [ 46 ]

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

  1. แม้ว่าเครื่องจักรนี้จะใช้งานไม่ได้จริง แต่แนวคิดก็คือ น้ำจากถังด้านบนจะหมุนกังหานน้ำ (ล่างซ้าย) ซึ่งจะขับเคลื่อนชุดเฟืองและเพลาที่ซับซ้อน ซึ่งในที่สุดจะหมุนสกรูของอาร์คิมิดีส (ล่างกลางไปบนขวา) เพื่อสูบน้ำไปเติมถัง การหมุนของกังหานน้ำยังขับเคลื่อนล้อเจียรสองล้อ (ล่างขวา) และแสดงให้เห็นว่ามีน้ำส่วนเกินเพียงพอที่จะหล่อลื่นล้อเจียรเหล่านั้น
  2. อุปกรณ์ที่แสดงในภาพคืออุปกรณ์ "คานงัดมวล" โดยที่ตุ้มน้ำหนักทรงกลมทางด้านขวามีคานงัดมากกว่าทางด้านซ้าย ซึ่งเชื่อกันว่าจะทำให้เกิดการหมุนอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม จำนวนตุ้มน้ำหนักทางด้านซ้ายมีมากกว่า จึงช่วยรักษาสมดุลของอุปกรณ์
  • พิพิธภัณฑ์อุปกรณ์ที่ใช้งานไม่ได้ (Museum of Unworkable Devices) ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 14 กันยายน 2018 ที่Wayback Machine
  • Maruyama, Koji; Nori, Franco; Vedral, Vlatko (2009). "การสัมมนา: ฟิสิกส์ของปีศาจของแม็กซ์เวลล์และสารสนเทศ" บทวิจารณ์ฟิสิกส์สมัยใหม่ 81 ( 1): 1– 23. arXiv : 0707.3400 . Bibcode : 2009RvMP...81....1M . doi : 10.1103/RevModPhys.81.1 . S2CID 18436180 . 
  • "เครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลา - ไม่มีอยู่จริง" นิตยสาร Popular Mechanicsเดือนมกราคม 1954 หน้า 108–111
  • ในรายการ In Our Time: Perpetual Motionของ BBC ซึ่งเป็นการสนทนากับ Ruth Gregory, Frank Close และ Steven Bramwell โดยมี Melvyn Bragg เป็นผู้ดำเนินรายการ ออกอากาศครั้งแรกเมื่อวันที่ 24 กันยายน 2015
  • ข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ตลอดกาลเผยแพร่ใน USC.NEWS เมื่อวันที่ 21 พฤษภาคม 2023

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ไม่มีชื่อบทความ

การเคลื่อนที่ตลอดกาล คือ การเคลื่อนที่ ของ วัตถุ ที่ดำเนินต่อไปอย่างไม่มีที่สิ้นสุดในระบบที่ไม่ถูกรบกวน เครื่องจักรที่เคลื่อนที่ตลอดกาล...

ประวัติศาสตร์

ประวัติศาสตร์ของเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลาย้อนกลับไปถึงยุคกลาง [ 6 ] เป็นเวลาหลายพันปีที่ไม่ชัดเจนว่าอุปกรณ์ที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลานั้นเป็นไปได้หรือไม่ จนกระทั่งการพัฒนาทฤษฎีเทอร์โมไดนามิกส์สมัยใหม่แสดงให้เห็นว่าเป็นไปไม่ได้...

หลักการพื้นฐาน

โอ้ เหล่าผู้แสวงหาการเคลื่อนที่ตลอดกาล พวกเจ้าได้ไล่ตามภาพลวงตาอันไร้สาระมามากมายเพียงใด? จงไปอยู่กับเหล่านักเล่นแร่แปรธาตุเถิด

การจำแนกประเภท

การจำแนกประเภทหนึ่งของเครื่องจักรที่เคลื่อนที่ได้ตลอดเวลาหมายถึงกฎเฉพาะของเทอร์โมไดนามิกส์ที่เครื่องจักรอ้างว่าละเมิด: [ 11 ]