Why don't perpetual motion machines ever work? - Netta Schramm

Переводчик: Ростислав Голод Редактор: Yulia Kallistratova

Around 1159 A.D.,

Примерно в 1159 году нашей эры

a mathematician called Bhaskara the Learned

математик по имени Бхаскара Просвещённый

sketched a design for a wheel containing curved reservoirs of mercury.

нарисовал колесо, в котором имелись закруглённые резервуары для ртути.

He reasoned that as the wheels spun,

Он полагал, что колесо будет вращаться,

the mercury would flow to the bottom of each reservoir,

а ртуть будет перекатываться на дно каждого резервуара,

leaving one side of the wheel perpetually heavier than the other.

постоянно утяжеляя одну половину колеса.

The imbalance would keep the wheel turning forever.

Благодаря этому дисбалансу колесо будет вращаться вечно.

Bhaskara's drawing was one of the earliest designs

Рисунок Бхаскары является одним из первых проектов

for a perpetual motion machine,

по созданию вечного двигателя —

a device that can do work indefinitely without any external energy source.

механизма, который работал бы неограниченное время без притока энергии.

Imagine a windmill that produced the breeze it needed to keep rotating.

Представьте себе мельницу, которая бы вырабатывала ветер, вращающий её лопасти.

Or a lightbulb whose glow provided its own electricity.

Или лампочку, горение которой производило бы в ней электричество.

These devices have captured many inventors' imaginations

Подобные устройства не давали покоя многим изобретателям,

because they could transform our relationship with energy.

поскольку они могли бы изменить наши представления об энергии.

For example, if you could build a perpetual motion machine

Например, если бы можно было изобрести вечный двигатель

that included humans as part of its perfectly efficient system,

и элементом этой превосходно работающей системы были бы люди,

it could sustain life indefinitely.

то с помощью его можно было бы поддерживать жизнь вечно.

There's just one problem.

Но существует одна проблема...

They don't work.

Это невозможно.

Ideas for perpetual motion machines

Все замыслы в отношении вечных двигателей

all violate one or more fundamental laws of thermodynamics,

нарушают одно или несколько фундаментальных начал термодинамики —

the branch of physics that describes the relationship

области физики, изучающей взаимодействие

between different forms of energy.

различных форм энергии.

The first law of thermodynamics says that energy can't be created or destroyed.

Первое начало термодинамики гласит, что энергию нельзя создать или уничтожить.

You can't get out more energy than you put in.

Нельзя извлечь больше энергии, чем потребить.

That rules out a useful perpetual motion machine right away

Это сразу исключает работающие на практике вечные двигатели,

because a machine could only ever produce as much energy as it consumed.

поскольку механизм может произвести ровно столько энергии, сколько получит.

There wouldn't be any left over to power a car or charge a phone.

Не останется «лишней» энергии, чтобы зарядить автомобиль или телефон.

But what if you just wanted the machine to keep itself moving?

Но что, если заставить сам механизм вечно работать?

Inventors have proposed plenty of ideas.

Изобретатели выдвинули ряд идей и на этот счёт.

Several of these have been variations on Bhaskara's over-balanced wheel

Некоторые из них в чём-то похожи на вечное колесо Бхаскары,

with rolling balls or weights on swinging arms.

только в нём катаются шарики или веса раскачиваются на веревочках.

None of them work.

Ни одно из них не сработало.

The moving parts that make one side of the wheel heavier

Подвижные части, утяжеляющие одну сторону колеса,

also shift its center of mass downward below the axle.

смещают также центр тяжести вниз, ниже оси.

With a low center of mass,

Если центр тяжести смещается вниз,

the wheel just swings back and forth like a pendulum,

колесо раскачивается взад-вперёд, как маятник,

then stops.

а затем останавливается.

What about a different approach?

А что, если пойти другим путём?

In the 17th century, Robert Boyle came up with an idea

В XVII веке Роберт Бойль предложил идею

for a self-watering pot.

самонаполняющегося сосуда.

He theorized that capillary action,

Он считал, что благодаря явлению капиллярности —

the attraction between liquids and surfaces

притяжению жидкостей к поверхности,

that pulls water through thin tubes,

из-за чего вода течёт вверх по тонким трубкам —

might keep the water cycling around the bowl.

можно будет заставить воду циркулировать в сосуде.

But if the capillary action is strong enough to overcome gravity

Но даже если эффект капиллярности и способен преодолеть силу притяжения

and draw the water up,

и заставить воду течь вверх,

it would also prevent it from falling back into the bowl.

то он же не даст ей вылиться сверху в сосуд.

Then there are versions with magnets, like this set of ramps.

Также существуют задумки с магнитами, например, эта с наклонными плоскостями.

The ball is supposed to be pulled upwards by the magnet at the top,

Магнит сверху притягивает шарик,

fall back down through the hole,

который проваливается в отверстие,

and repeat the cycle.

и всё повторяется.

This one fails because like the self-watering pot,

Но и этот эксперимент, как и сосуд, обречён на неудачу:

the magnet would simply hold the ball at the top.

магнит просто будет удерживать шарик и не даст ему упасть.

Even if it somehow did keep moving,

Даже если шарик и будет двигаться,

the magnet's strength would degrade over time

со временем сила магнита ослабнет,

and eventually stop working.

и механизм перестанет работать.

For each of these machines to keep moving,

Чтобы каждое из этих «изобретений» продолжало работать,

they'd have to create some extra energy

они должны вырабатывать дополнительную энергию,

to nudge the system past its stopping point,

которая поддерживала бы работу системы после её остановки,

breaking the first law of thermodynamics.

что является нарушением первого начала термодинамики.

There are ones that seem to keep going,

Есть некоторые устройства, которые, казалось бы, работают,

but in reality, they invariably turn out to be drawing energy

но в реальности оказывается, что они получают энергию

from some external source.

из других внешних источников.

Even if engineers could somehow design a machine

Даже если инженеры когда-нибудь и придумают механизм,

that didn't violate the first law of thermodynamics,

чья работа не нарушала бы первое начало термодинамики,

it still wouldn't work in the real world because of the second law.

на практике ей всё равно не работать из-за второго начала.

The second law of thermodynamics

Второе начало термодинамики

tells us that energy tends to spread out through processes like friction.

подразумевает, что энергия распределяется в ходе процессов, таких как трение.

Any real machine would have moving parts

Любой из настоящих механизмов будет иметь подвижные части,

or interactions with air or liquid molecules

или он будет взаимодействовать с воздухом или с молекулами жидкости,

that would generate tiny amounts of friction and heat,

которые будут создавать малейшее трение и нагревание

even in a vacuum.

даже в вакууме.

That heat is energy escaping,

Это нагревание и означает, что высвобождается энергия

and it would keep leeching out,

и что происходит её потеря,

reducing the energy available to move the system itself

в результате чего энергии будет хватать до тех пор,

until the machine inevitably stopped.

пока неизбежно механизм не остановится.

So far, these two laws of thermodynamics

До сих пор из-за этих двух начал термодинамики

have stymied every idea for perpetual motion

на неудачу обречены не только все попытки изобрести вечный двигатель,

and the dreams of perfectly efficient energy generation they imply.

но и мечты о максимально эффективном получении энергии с его помощью.

Yet it's hard to conclusively say we'll never discover a perpetual motion machine

Однако нельзя окончательно заявить, что вечный двигатель не изобрести никогда,

because there's still so much we don't understand about the universe.

потому что мы ещё очень многого не понимаем в устройстве Вселенной.

Perhaps we'll find new exotic forms of matter

А что, если мы обнаружим новые, неведомые формы материи,

that'll force us to revisit the laws of thermodynamics.

что заставит нас пересмотреть начала термодинамики?

Or maybe there's perpetual motion on tiny quantum scales.

А что, если в крохотных масштабах квантов существует вечное движение?

What we can be reasonably sure about is that we'll never stop looking.

Можно быть уверенными, что мы никогда не прекратим искать.

For now, the one thing that seems truly perpetual is our search.

В этом смысле единственная вещь, которая поистине вечна, — это наши поиски.