Chasing the Impossible: The Enigma of Perpetual Motion (Encore)
12:30 Share

以下是《每日环球》节目的重播。想象一下，一种能够提供无限能量的装置。它将一举解决世界上许多问题。不幸的是，这种装置是不可能制造出来的，但这并没有阻止历史上的人们尝试。事实上，直到今天，人们仍然声称他们已经创造了永动机，但他们总是被证明是错的。

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永动机的想法很诱人，如果你对物理学知之甚少，很容易认为这种装置可能是可能的。永动机，顾名思义，是一种可以在没有任何外部能量的情况下持续运行的装置。正如我们稍后将看到的，这种装置在物理上是不可能的，但近千年来，人们一直在尝试，通常一遍遍地创造类似的装置。

第一次已知的永动机尝试可以追溯到12世纪的印度。印度数学家婆什迦罗二世创造了一种被称为婆什迦罗轮的装置。婆什迦罗轮由一系列容器或隔间组成，这些容器或隔间以圆形方式排列在一个中心轴周围。每个隔间都装有重球或液体，球或液体的重量经过仔细平衡，以产生车轮的连续旋转。

我能描述它的最好方法是想象一下，你有一个自行车轮，轮辐周围有重物。当车轮转动时，靠近车轮中心的重物会沿着轮辐下落到边缘，从而提供推动车轮运动的动力。当车轮转动时，靠近边缘的轮辐上的重物会由于重力而落回中心。在永动机的理论中，下落的移动重物能够使车轮无限期地转动。

一个重物下落以提供动力，这使得另一个重物能够就位。这种设计也可以用水或其他物质来完成。我过去做过关于各种发明的节目。几乎在每种情况下，我都可以指出该发明的一些非常早期的、设计粗糙的版本，然后是一系列改进，随着时间的推移发展成为我们今天所知的该发明。

然而，在永动机的情况下，似乎大多数声称创造了这种机器的人都只是以字面意义或修改后的形式重新发明了婆什迦罗轮。这些通常被称为超重轮。婆什迦罗可能是第一个，但他肯定不是最后一个。13世纪的法国建筑师瓦拉德·德·奥尼库尔设计了一种类似的装置，但他从未建造过它。

列奥纳多·达·芬奇绘制了类似装置的图纸。在达·芬奇的图纸中，不是直辐条，而是弯曲的辐条，看起来像鹦鹉螺壳的线条。然后，滚珠轴承会沿着每个弯曲的斜坡从轴心滚到边缘，就像布什卡车轮上的重物一样。没有迹象表明达·芬奇实际上建造过这样的装置。在17世纪，人们尝试制造永动机的尝试很多。

1607年，荷兰发明家科内利厄斯·德雷贝尔（你可能还记得我在潜艇节目中提到的他）创造了一种不需要上弦的钟表。他在英格兰国王詹姆斯一世宫廷展示了该装置，国王对他的创造感到惊讶。它的设计巧妙，但它不是永动机。它依靠大气压力的变化运行。1618年，英国医生罗伯特·弗洛德创造了一种叫做闭环水磨的东西。

这台机器是水，水流过水轮。旋转的水轮然后驱动阿基米德螺旋桨，将水提升到更高的位置，然后再次流过水轮。化学家罗伯特·博伊尔（波义耳定律的创造者）创造了一种叫做永动瓶的东西。这只不过是一个带有管子的容器，管子环绕一周并排空到容器中，利用虹吸效应重新填充它来自的容器。

在18世纪初，德国企业家约翰·贝斯勒声称建造了300多台永动机。他的机器引起了他那个时代一些伟大人物的极大兴趣，其中包括戈特弗里德·莱布尼茨和约翰·伯努利。他经常公开展示他的装置，总是确保隐藏内部机制，以免别人窃取他的想法。然而，他确实允许几位科学家检查他的装置，他们在他的演示中找不到任何欺诈行为。

在一个演示中，他的巨型永动轮被锁在一个城堡的房间里，没有人能碰它。它在一个房间里被锁了将近两个月，当门打开时，它仍在以每分钟26转的速度旋转。他要求支付20,000英镑作为他发明秘密的回报。现在人们认为贝斯勒正在进行某种欺诈行为，尽管他如何做到这一点的确切机制仍然未知。

在19世纪，人们更加了解永动机是不可能的，它们违反了物理定律。然而，这并没有阻止更多关于永动机的声明被提出。1868年，美国专利局实际上向一种永动装置授予了专利，这是一种旋转发动机，声称它可以为车辆提供动力。1900年，尼古拉·特斯拉对能够为机器供电的自作用发动机做了一个相当模糊的声明。

而且，他从未解释过这个概念，也从未制造过原型。永动机的声明每隔几年就会出现一次，几乎总是来自那些声称发现了某种新型物理学的业余爱好者。1977年，美国专利局颁发了第4,215,330号专利，题为“永久磁力推进系统”。

两年后，他们又颁发了另一项专利，美国专利号4,551,431，用于一种不需要任何电子流的永久磁力电机。最终，美国专利局发布了一项法令，除非能够提供该装置的工作模型，否则他们将不再授予永动机的专利。

根据他们的政策，“……除涉及永动机的案例外，办公室通常不需要模型来证明装置的可操作性。如果装置的可操作性受到质疑，申请人必须使其令审查员满意，但他或她可以选择自己完成的方式。”

尽管几个世纪以来人们尝试创造永动机都失败了，但今天仍然有人声称自己创造了永动机。他们几乎总是来自那些没有正式学习科学的人，然后声称存在某种阴谋来掩盖他们所发现的真相。那么，为什么永动机是不可能的呢？这与热力学定律有关。热力学第一定律被称为能量守恒定律。

能量既不能被创造也不能被消灭。它只能从一种类型转移到另一种类型。这意味着你不能制造能量的装置。许多似乎实际上表现出永动机的装置实际上是从某种外部来源获取能量的。例如，在新西兰奥塔哥大学有一个被称为贝弗利钟的装置。它自1864年以来一直在运行，而且从未上过弦。

它是一个非常巧妙的装置，与科内利厄斯·德雷贝尔在1607年制造的钟表类似。然而，它并没有表现出永动性。它实际上依靠大气压力的变化运行。在过去的160年中，当大气压力稳定时，它曾多次停止运行。热力学第二定律是像不平衡轮或闭环水磨这样的装置无法工作的原因。熵

假设你有一个不平衡的轮子或其他你认为会永远旋转的装置。系统中的某个地方会有一些损失。对于不平衡的轮子来说，当它旋转时，会遇到一些空气阻力。它可能很小，但它会存在。同样，当车轮旋转时，车轮轴上也会有摩擦。这种摩擦会产生少量热量，根据热力学第一定律，这只是从旋转车轮的机械能转换而来的。

完全有可能使这种装置更有效率。你可以把它放在真空室里以消除空气阻力。你可以创造磁轴承以减少轴的摩擦。你可以用一些低摩擦材料（如特氟龙）制造所有其他活动部件。所有这些变化确实可以制造一个非常高效的车轮，并且这种车轮可能能够旋转很长一段时间。然而，最终，熵的代价必须支付。

你无法创造完美的真空，因此总是会存在少量的空气阻力。你可以减少摩擦，但你无法完全消除它。这些物理定律就是为什么永动机从未也不会起作用的原因。它们要么是彻头彻尾的欺诈，因为存在某种外部电源，从而将能量输入系统，要么最终会由于阻力或摩擦形式的熵而停止。

尽管这是最明确的自然规律之一，但可能总会有声称自己创造了永动机的人。因此，如果你曾经听到有人声称他们制造了一种能够解决世界能源问题的装置，请记住，你无法绕过热力学定律。《每日环球》节目的执行制片人是查尔斯·丹尼尔。副制片人是本吉·朗和卡梅伦·基弗。

我想向所有在Patreon上支持节目的观众表示感谢，包括节目的制片人。你们的支持帮助我每天都能制作节目。此外，Patreon目前是唯一一个向顶级支持者提供《每日环球》商品的地方。如果你想与节目的其他听众和完成者俱乐部的成员交谈，你可以加入《每日环球》Facebook群组或Discord服务器。所有链接都在节目说明中。