永久運動とは何か？　その不可思議なアイデアの探求

要約

永久運動機は、外部エネルギー源なしに無限に仕事をすることができる装置ですが、基本的な熱力学の法則に違反します。熱力学の第一法則はエネルギーは創造も破壊もできないと述べており、第二法則は摩擦などのプロセスによってエネルギーが広がり、熱が発生し、システムを動かすためのエネルギーが減少すると述べています。これらの法則にもかかわらず、バスカラのオーバーバランスド・ホイールやロバート・ボイルの自己給水ポットなど、多くの永久運動機のアイデアが提案されていますが、どれもうまくいっていません。しかし、私たちが宇宙について理解していないことがまだたくさんあるため、量子スケールで新しい物質や永久運動の形態を発見する可能性があります。

バスカラのオーバーバランスド・ホイール

1159年頃、数学者のバスカラ・ザ・ラーニングは、水銀の曲がった貯水池を含むホイールの設計をスケッチしました。彼は、ホイールが回転すると、水銀が各貯水池の底に流れ、ホイールの一方の側が永遠に重くなると考えました。この不均衡は、ホイールを永遠に回転させ、永久運動機を作り出すことになります。しかし、これは熱力学の第一法則に違反するため、機械は消費するエネルギーと同じ量しか生産できません。

熱力学の第一法則に違反すること

熱力学の第一法則は、エネルギーは創造も破壊もできないため、消費するエネルギーよりも多くのエネルギーを生産する永久運動機は不可能です。バスカラのオーバーバランスド・ホイールには、転がるボールや振り子のアームに重りを付けたバリエーションなど、多くの提案がありますが、どれもうまくいっていません。ホイールの一方の側を重くする動く部品は、その重心を軸より下に移動させ、ホイールを振り子のように左右に揺らし、最終的に停止させる原因になります。

永久運動に対する他のアプローチ

ロバート・ボイルの自己給水ポットなど、永久運動に対する他のアプローチも提案されています。彼は、液体と表面の間の引力である毛細管現象が、水を薄い管を通じて循環させることができると考えました。しかし、毛細管現象が重力を克服して水を引き上げるほど強力であれば、水が壺に戻るのを防ぐことになります。また、磁石のバージョンもあり、ボールが磁石に引き上げられ、穴を通って下に落ち、サイクルを繰り返すというものです。しかし、磁石は単にボールを上部に保持し、それがどうやって動き続けるのであれば、磁石の強さは時間の経過とともに低下し、最終的に機能しなくなります。

熱力学の第二法則に違反すること

エンジニアが熱力学の第一法則に違反しない機械を設計できたとしても、実際の世界では第二法則のためにうまくいかないでしょう。熱力学の第二法則は、摩擦などのプロセスによってエネルギーが広がり、熱が発生し、システムを動かすためのエネルギーが減少すると述べています。実際の機械には、移動する部品や空気や液体分子との相互作用があり、真空でも微小な摩擦や熱が発生します。その熱はエネルギーが漏れ出し、システムを動かすためのエネルギーが減少し、機械が必ず停止するまで漏れ続けます。