Введение

 

     Стоит ли всякого, кто в прежние века пытался построить вечный двигатель, считать неграмотным или сумасшедшим? Вряд ли, ведь вечное движение люди видели вокруг себя! По небу вечно движется Солнце, Луна и планеты, вечно вращается вокруг своей оси Земля… Вечно текут реки, и вечно бегут гонимые ветром облака… Люди даже научились использовать вечное движение воды и ветра, построив водяные и ветряные мельницы.

     Поэтому неудивительно, что умами учёных и инженеров завладела дерзкая  мысль: если вечное движение существует в природе, значит, и человек может  создать вечный двигатель и заставить  его служить себе! Размышления  о создании вечного двигателя не давали покоя многим, даже знаменитому итальянскому художнику и изобретателю Леонардо да Винчи.

     С развитием производства потребность  в двигателях становилась всё  сильнее, а тепловых двигателей ещё  не было. А после того, как их изобрели, они долгое время оставались слишком дорогими. Знаменитая картина художника Ильи Репина «Бурлаки на Волге» показывает, как трудно было обходиться без двигателей.

     Изобретателя  вечного двигателя ожидала вечная слава, к тому же казалось, что великое  открытие само идёт в руки. Например, раскрутив тяжёлое колесо, посаженное на хорошо смазанную ось, можно было наблюдать, что колесо крутится очень долго. Казалось, стоит приложить немного смекалки и технического мастерства, изменив конструкцию колеса так, чтобы одна его половина всегда перевешивала другую, и «очень долго» превратится в «вечно». Более того: такое «вечное колесо» будет не только крутиться само по себе, но сможет приводить в движение мельницу или станок, то есть станет вечным двигателем!

     Однако  все попытки создать вечный двигатель неизбежно заканчивались неудачей. Учёные и инженеры того времени не замечали принципиального различия между вечным движением и вечным двигателем.

     В чём же состоит это различие? Вечное движение возможно, если полностью  устранить трение. Таким, например, является движение по инерции, когда на тело не действуют другие тела: при этом тело движется вечно с постоянной скоростью. И колесо вращалось бы вечно, если бы можно было устранить трение полностью.

     Однако  даже при полном отсутствии трения вечный двигатель, т.е. устройство, которое совершало бы работу без потребления энергии, был бы невозможен. Сегодня мы знаем, что это следствие закона сохранения энергии. Но, как мы скоро увидим, этот великий закон обязан своим открытием… именно несостоявшимся вечным двигателям! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Вечные  двигатели

Вечный  двигатель первого  рода

 

        Вечный двигатель, перпетуум-мобиле (латинское perpetuum mobile переводится вечное движение) —  воображаемая машина, которая, будучи раз пущена в ход, совершала бы работу неограниченно долгое время, не заимствуя энергии извне. Возможность работы такой машины неограниченное время означала бы получение энергии из ничего.

        Идея вечного двигателя  возникла в Европе, по-видимому, в XIII веке (хотя существуют свидетельства, что первый проект вечного двигателя предложил индиец Бхаскара в XII веке). До этого проекты вечных двигателей неизвестны. Их не было у греков и римлян, которые разработали множество эффективных механизмов и заложили основы научных подходов к изучению природы. Ученые предполагают, что дешевая и практически неограниченная рабочая сила в виде рабов тормозила в античности разработку дешевых источников энергии.

        Почему люди так  упорно хотели построить вечный двигатель?

        В этом нет ничего удивительного. В XII-XIII веке начались крестовые походы и европейское общество пришло в движение. Стало быстрее развиваться ремесло и совершенствоваться машины, приводящие в движение механизмы. В основном это были водяные колеса и колеса, приводимые в движение животными (лошадьми, мулами, быками, ходившими по кругу). Вот и возникла идея придумать эффективную машину, приводимую в движение более дешевой энергией. Если энергия берется из ничего, то она ничего не стоит и это крайний частный случай дешевизны — даром.

        Еще популярнее идея вечного двигателя стала в XVI-XVII веках, в эпоху перехода к машинному производству. Число известных проектов вечного двигателя перевалило за тысячу. Создать вечный двигатель мечтали не только малообразованные ремесленники, но и некоторые крупные ученые своего времени, так как тогда не существовало принципиального научного запрета на создание такого устройства.

        Уже в XV-XVII веке прозорливые  естествоиспытатели, такие как Леонардо да Винчи, Джироламо Кардано, Симон  Стевин, Галилео Галилей сформулировали принцип: «Создать вечный двигатель невозможно». Симон Стевин был первым, кто на основе этого принципа вывел закон равновесия сил на наклонной плоскости, что привело его в конце концов к открытию закона сложения сил по правилу треугольника (сложение векторов).

        К середине XVIII века, после многовековых попыток создать  вечный двигатель, большинство ученых стали считать, что сделать это  невозможно. Это был просто экспериментальный  факт.

        С 1775 года Французская  академия наук отказалась рассматривать  проекты вечного двигателя, хотя и в это время у французских академиков не было твердых научных оснований принципиально отрицать возможность черпать энергию из ничего.

        Невозможность получения  дополнительной работы из ничего была твердо обоснована лишь с созданием и утверждением как всеобщего и одного из самых фундаментальных законов природы «закона сохранения энергии».

        Сначала Готфрид  Лейбниц в 1686 году сформулировал  закон сохранения механической энергии. А закон сохранения энергии как  всеобщий закон природы сформулировали независимо Юлиус Майер (1845), Джеймс Джоуль (1843–50) и Герман Гельмгольц (1847).

        Врач Майер и  физиолог Гельмгольц сделали последний  важный шаг. Они установили, что закон  сохранения энергии справедлив для  животных и растений. До этого существовало понятие «живая сила» и считалось, что для животных и растений законы физики могут не выполняться. Таким образом, закон сохранения энергии был первым принципом, установленным для всей познанной Вселенной.

        Последним штрихом  в обобщении закона сохранения энергии стала специальная теория относительности Альберта Эйнштейна (1905 г.). Он показал, что закон сохранения массы (был такой закон) — часть закона сохранения энергии. Энергия и масса эквивалентны по формуле Е = mс2, где с — скорость света.

Вечный  двигатель второго рода

 

        В XVIII веке широкое  распространение получили паровые  машины и механизмы. Часть физики, которая пыталась объяснить их работу и построить общие закономерности создания тепловых машин, стала называться термодинамикой. Закон сохранения энергии стали также именовать первым началом термодинамики. Вечные двигатели, принципы работы которых противоречили первому началу термодинамики, стали называть вечными двигателями первого рода.

        Но существовала и другая общая идея вечного двигателя, которая не противоречила закону сохранения энергии. Было известно, что работа в двигателях совершается, когда горячее тело отдает тепло газу или пару и пар совершает работу, например, двигая поршень. Огромная тепловая энергия сосредоточена, допустим, в океане. Если отбирать у океана энергию за счет понижения его температуры, то этой энергии хватит на то, чтобы, например, поддерживать работу корабельного двигателя или создавать в море электростанции.

        Однако оказалось, что никак не удается сделать  так, чтобы энергия от более холодного тела перешла к более горячему. А ведь для создания вечного двигателя необходимо, чтобы при этом еще и совершалась работа.

        В результате развития термодинамики, основываясь на работах  Сади Карно, Рудольф Клаузиус показал, что, невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от тел более холодных к телам более нагретым. При этом невозможен не только непосредственный переход — его невозможно осуществить и с помощью машин или приборов без того, чтобы в природе не произошло еще каких-либо изменений.

        Уильям Томсон (лорд Кельвин) сформулировал принцип  невозможности вечного двигателя  второго рода (1851 г.), поскольку в  природе невозможны процессы, единственным следствием которых была бы механическая работа, произведённая за счет охлаждения теплового резервуара.

        Когда была создана  статистическая термодинамика, которая  основывалась на молекулярных представлениях, второе начало термодинамики нашло  свое объяснение. Оказалось, что переход  тепла от холодного тела к более  горячему в принципе возможен, но это уничтожающе маловероятное событие. А в природе реализуются наиболее вероятные события.

Вечный  двигатель «третьего  рода»

 

        Научного термина  «вечный двигатель третьего рода»  не существует (это шутка), но существуют до сих пор изобретатели, которые хотят извлечь энергию из «ничего». Или почти из ничего. Теперь «ничего» получило название «физический вакуум», и они хотят извлекать неограниченное количество энергии из «физического вакуума». Их проекты по простоте и наивности не уступают проектам их предшественников, живших столетия назад. Новые вечные двигатели получили название «Вакуумно-энергетические установки»; изобретатели сообщают фантастические КПД подобных двигателей — 400%, 3000%! Их пытаются создать сейчас, к сожалению, в уважаемых конструкторских бюро, что говорит о недостаточной подготовке современных инженеров в области физики. Обсуждение того, почему так происходит, выходит за рамки нашего плаката. Но эти инженеры хотя бы добросовестно заблуждаются. 
 
 
 

         
Мистификаторы, хитрецы и жулики 

        К сожалению, существует другая категория создателей вечных двигателей. Это — мистификаторы, хитрецы и жулики. Приведу только два примера.

Леонардо  да Винчи — талантливый  инженер и мистификатор.

 

        Леонардо да Винчи  был не только великим художником, но и инженером, устроителем праздников, увеселительных аттракционов. Он тоже несколько лет упорно пытался создать вечный двигатель и пришел к выводу, что это невозможно. Вот его слова, очень важные для понимания проблемы вечного двигателя, сказанные в конце XV века: «Поиск конструкции вечного колеса — источника вечного движения — можно назвать одним из наиболее бессмысленных заблуждений человека. В течение веков все, кто имел дело с гидравликой, военными машинами и прочим, тратили много времени и денег на поиски вечного двигателя. Но со всеми ними случалось то же, что с искателями золота (алхимиками): всегда находилась какая-нибудь мелочь, которая мешала успеху. Моя небольшая работа принесет им пользу: им не придется больше спасаться бегством от королей и правителей, не выполнив обещания».

        Несмотря на такое  ясное понимание невозможности  создать вечный двигатель, в записных книжках Леонардо есть строки, которые  говорят, что он был готов представить  публике якобы «работающую модель»  вечного двигателя. В комментарии к рисунку мнимого вечного двигателя Леонардо написал: «Сделай модель под большим секретом и широко объяви о ее демонстрации». Этот вечный двигатель был основан на законе Архимеда и, зная, что двигатель работать не будет, Леонардо намеревался организовать незаметный поток «живой воды» (то есть приводить в движение двигатель незаметно организованным внешним потоком воды). Историки строят догадки, почему Леонардо да Винчи прибегал к мистификации, но факт остается фактом. Даже крупными естествоиспытателями часто движут не научные мотивы. Что же говорить об обычных инженерах, которые, беззаветно веря своей догадке, втягиваются в опасную игру с сильными мира сего, пытаясь получить от них средства на разработку своих, в данном случае нереальных, устройств. Часто они должны «спасаться бегством от королей и правителей, не выполнив обещания». Вот история с Петром Первым, который чуть не купил за огромные деньги якобы вечный двигатель.

Петр  Первый и Орфиреус

 

        Петра I тоже волновала проблема вечного двигателя. В 1715–22 годах Петр потратил много усилий, чтобы купить вечный двигатель доктора Орфиреуса. «Самодвижущимся колесо» Орфиреуса было, вероятно, самой успешной мистификацией вечного двигателя. Изобретатель соглашался продать свою машину лишь за 100 тысяч ефимков (талеров), что составляло тогда огромную сумму. В начале 1725 г. царь хотел лично осмотреть вечный двигатель в Германии, но вскоре Петр умер.