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

Lý do các động cơ vĩnh cửu không tồn tại - Netta Schramm

Translator: Lam Nguyen Reviewer: Trinh Le

Around 1159 A.D.,

Vào những năm 1159 sau Công nguyên,

nhà toán học tên là Bhaskara

a mathematician called Bhaskara the Learned

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

đã xây dựng một thiết kế bánh xe chứa các khoang đựng thuỷ ngân lỏng.

He reasoned that as the wheels spun,

Ông cho rằng khi bánh xe quay,

the mercury would flow to the bottom of each reservoir,

thuỷ ngân sẽ luôn chảy về đáy của các khoang chứa nước,

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

khiến cho một phía bánh xe luôn luôn nặng hơn phía còn lại.

Sự mất cân bằng đó sẽ khiến bánh xe quay vĩnh viễn.

The imbalance would keep the wheel turning forever.

Bhaskara's drawing was one of the earliest designs

Bản vẽ của Bhaskara là một trong các thiết kế lâu đời nhất

for a perpetual motion machine,

của động cơ vĩnh cửu,

một loại thiết bị sinh công vô hạn mà không cần nhận năng lượng từ hệ ngoài.

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

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

Hãy tưởng tượng một cối xay gió tạo ra sức gió khiến nó tự quay.

Or a lightbulb whose glow provided its own electricity.

Hoặc một bóng đèn tạo ra điện giúp nó sáng nhờ chính ánh sáng nó phát ra.

These devices have captured many inventors' imaginations

Những thiết bị kiểu này thu hút sự chú ý của rất nhiều nhà sáng chế

bởi chúng có thể thay đổi hoàn toàn mối liên hệ giữa chúng ta và năng lượng.

because they could transform our relationship with energy.

For example, if you could build a perpetual motion machine

Chẳng hạn nếu bạn có thể tạo ra một dạng động cơ vĩnh cửu,

that included humans as part of its perfectly efficient system,

một hệ thống vận hành hoàn hảo trong đó con người là mắt xích quan trọng,

it could sustain life indefinitely.

điều đó sẽ giúp sự sống duy trì vĩnh viễn.

There's just one problem.

Nhưng chỉ có một vấn đề.

They don't work.

Chúng không hề tồn tại.

Ideas for perpetual motion machines

Các ý tưởng về động cơ vĩnh cửu

all violate one or more fundamental laws of thermodynamics,

đều vi phạm một hay nhiều Nguyên lý nhiệt động lực học,

the branch of physics that describes the relationship

một nhánh của Vật lý chuyên nghiên cứu mối quan hệ

between different forms of energy.

giữa các dạng năng lượng khác nhau.

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

Nguyên lý I Nhiệt động lực học phát biểu: năng lượng không tự sinh ra hay mất đi.

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

Bạn không thể thu được nhiều năng lượng hơn lượng bạn đã cung cấp cho hệ.

That rules out a useful perpetual motion machine right away

Điều đó đã ngay lập tức bác bỏ nguyên lý hoạt động của động cơ vĩnh cửu

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

bởi công sinh bởi động cơ chỉ có giá trị tối đa bằng chính năng lượng nó tiêu thụ.

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

Sẽ không có năng lượng dư để ta nạp ắc quy xe hay sạc điện thoại.

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

Nhưng nếu ta chỉ muốn nó tự chạy mãi mà không cần sinh thêm công thì sao?

Inventors have proposed plenty of ideas.

Các nhà sáng chế đã đề xuất nhiều ý tưởng,

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

trong đó có những phiên bản cải tiến của bánh xe Bhaskara,

with rolling balls or weights on swinging arms.

được thay thế bằng bi sắt hoặc các vật nặng gắn trên tay quay.

None of them work.

Chúng đều thất bại.

Các bộ phận di chuyển khiến một phía bánh xe nặng hơn,

The moving parts that make one side of the wheel heavier

đồng thời chúng đã hạ thấp trọng tâm của hệ về phía dưới tâm bánh xe.

also shift its center of mass downward below the axle.

Với toạ độ trọng tâm thấp,

With a low center of mass,

the wheel just swings back and forth like a pendulum,

bánh xe sẽ dao động qua lại như một con lắc,

cuối cùng sẽ dừng hẳn.

then stops.

Vậy với cách tiếp cận vấn đề khác thì sao?

What about a different approach?

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

Vào thế kỷ 17, Robert Boyle đề xuất một ý tưởng

for a self-watering pot.

về một bình nước tự chảy.

He theorized that capillary action,

Ông cho rằng nhờ hiện tượng mao dẫn,

the attraction between liquids and surfaces

một hiện tượng liên kết giữa chất lỏng và các bề mặt rắn

that pulls water through thin tubes,

giúp nước chảy thành dòng trong các ống tiết diện nhỏ,

might keep the water cycling around the bowl.

sẽ giúp nước chảy tuần hoàn vĩnh viễn trong bình.

But if the capillary action is strong enough to overcome gravity

Nhưng nếu lực hút do mao dẫn đủ mạnh để thắng trọng lực

và giúp nước chảy ngược lên,

and draw the water up,

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

thì chúng cũng đủ mạnh để ngăn nước chảy lại xuống bình.

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

Cũng tồn tại nhiều phiên bản khác, ví dụ với con dốc đặt nam châm này.

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

Quả bóng sẽ lăn ngược lên dốc do lực từ của nam châm đặt trên đỉnh,

fall back down through the hole,

rơi xuống lỗ và lăn xuống dưới,

and repeat the cycle.

và tiếp tục lặp lại quá trình trên.

This one fails because like the self-watering pot,

Mô hình này thất bại bởi lẽ tương tự như chiếc bình nước tự chảy,

the magnet would simply hold the ball at the top.

nam châm sẽ giữ luôn quả bóng trên đỉnh dốc.

Thậm chí khi hệ có thể hoạt động bằng cách nào đó,

Even if it somehow did keep moving,

the magnet's strength would degrade over time

lực từ do nam châm gây ra cũng yếu dần theo thời gian

và mất hẳn khả năng hút.

and eventually stop working.

For each of these machines to keep moving,

Để một động cơ làm việc liên tục,

they'd have to create some extra energy

chúng cần tạo ra một chút năng lượng dư

to nudge the system past its stopping point,

để giúp duy trì hệ luôn vượt qua trạng thái nghỉ,

vượt qua rào cản của Nguyên lý I Nhiệt động lực học.

breaking the first law of thermodynamics.

There are ones that seem to keep going,

Khi xét đến một động cơ đang chạy liên tục,

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

điều thực tế là chúng vẫn buộc phải lấy năng lượng

from some external source.

từ nguồn bên ngoài.

Thậm chí khi các kỹ sư bằng cách nào đó thiết kế được một chiếc máy

Even if engineers could somehow design a machine

that didn't violate the first law of thermodynamics,

không vi phạm Nguyên lý I Nhiệt động lực học,

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

chúng vẫn không tồn tại trong thực tế do đã vi phạm Nguyên lý II.

The second law of thermodynamics

Nguyên lý II Nhiệt động lực học

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

nói rằng năng lượng sẽ bị mất mát đi do các yếu tố ngoại cảnh, ví dụ ma sát.

Any real machine would have moving parts

Mọi loại động cơ đều cần các cơ cấu chuyển động

or interactions with air or liquid molecules

hay các tương tác với phần tử nước hay không khí môi trường,

that would generate tiny amounts of friction and heat,

điều đó sẽ tạo ra ma sát và một lượng nhiệt nhỏ,

even in a vacuum.

thậm chí ở trong chân không.

That heat is energy escaping,

Nhiệt năng đó ra khỏi hệ

and it would keep leeching out,

và bị mất mát đi,

reducing the energy available to move the system itself

làm giảm lượng năng lượng còn lại để giúp duy trì hệ,

until the machine inevitably stopped.

chúng giảm mãi đến khi chiếc máy dừng hoạt động hẳn.

So far, these two laws of thermodynamics

Cho đến giờ, hai Nguyên lý Nhiệt động học này

have stymied every idea for perpetual motion

đã bác bỏ mọi ý tưởng về động cơ vĩnh cửu

and the dreams of perfectly efficient energy generation they imply.

và những ước mơ về cách khai thác năng lượng hoàn hảo đằng sau đó.

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

Nhưng cũng rất khó để khẳng định rằng ta không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu

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

bởi lẽ còn rất nhiều điều bí ẩn trong vũ trụ mà ta chưa biết tới.

Perhaps we'll find new exotic forms of matter

Có lẽ ta sẽ tìm ra một trạng thái mới của vật chất

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

khiến chúng ta phải xây dựng lại các Nguyên lý Nhiệt động lực học.

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

Hoặc có thể tồn tại các trạng thái chuyển động vĩnh cửu ở quy mô lượng tử.

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

Chỉ có một điều ta chắc chắn, đó là ta sẽ không ngừng tìm tòi.

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

Giờ đây, điều duy nhất có lẽ là vĩnh cửu,

chính là những nghiên cứu không ngừng nghỉ của chúng ta.