Когда не до законов: физика vs вечные двигатели

На этой неделе СМИ сообщили новость, удивившую многих: Роспатент выдал свидетельство на проект вечного двигателя. Хотя произошло это еще в августе 2020 года, факт завирусился только сейчас. Автор проекта ищет деньги на его практическое воплощение, а на вопрос, каким образом работает его вечный двигатель, отвечает, что он «использует для своей работы экологически чистую, возобновляемую энергию силы инерции центростремительного ускорения жидкости». Что означает этот набор слов, не поясняется.

Бессердечная термодинамика

Не существует целых два вида вечных двигателей. Вечный двигатель первого рода бесконечно совершает работу, не тратя на это энергию. Против создания подобного устройства выступает первое начало термодинамики, постулирующее закон сохранения энергии. Чтобы совершить какую-то работу, нужно потратить энергию, что противоречит идее подобного двигателя.

Чтобы обойти ограничения, наложенные первым началом термодинамики, придумали вечный двигатель второго рода. Это такой тепловой двигатель, который запускается и работает неограниченно долго, преобразуя в работу всю теплоту, получаемую из окружающей среды. К сожалению, и тут термодинамика обломала все веселье. Согласно ее второму начало, в замкнутой системе энтропия (то есть мера беспорядка) либо остается неизменной, либо возрастает. Простыми словами это означает, что тепло может передаваться от более нагретого тела к более холодному, а наоборот, как этого требует вечный двигатель второго рода, не может. Кроме того, невозможно достичь стопроцентного коэффициента полезного действия — часть энергии всегда будет уходить на что-нибудь бесполезное. В общем, вечный двигатель второго рода тоже неосуществим.

Но, может быть, сама термодинамика ошибается? Увы, все три ее начала настолько фундаментальны, что на них основано множество физических законов, многократно проверенных экспериментально. В школах часто показывают такой эксперимент: в начале урока ставят рядом два стакана — с кипятком и холодной водой. Через какое-то время горячая вода охлаждается, а холодная — нагревается. Это и есть второй закон термодинамики: если не предпринимать дополнительных усилий и не ставить стаканы в холодильник, то температура переходит от нагретого тела к холодному, но не наоборот.

Нужно упомянуть, что все же есть «вечные» двигатели, которые можно построить без конфликта с законами физики. Если устройство постоянно получает энергию от солнца или ветра — по сути, вечных источников — то оно будет работать до тех пор, пока не сломается. Или пока солнце не погаснет.

Невозможность вечного двигателя очевидна настолько давно, что еще в 1775 году Французская академия наук решила больше не рассматривать проекты таких устройств. Американское патентное ведомство пришло к такому же решению век назад. Впрочем, в Международной патентной классификации, созданной в 1971 году, раздел для гидродинамических и электродинамических вечных двигателей оставили. Видимо, в надежде на чудо.

Вечное колесо

По всей видимости, проект одного из древнейших вечных двигателей, дошедших до нас, принадлежит индийскому математику Бхаскаре II.

В своем труде «Венец учения» Бхаскара описывает колесо с прикрепленными наискось длинными узкими сосудами, заполненными ртутью. Ртуть перемещалась в сосудах под действием силы тяжести, тем самым заставляя устройство вращаться. Разумеется, вечно оно вращаться не может. Однако вращающее колесо оставалось продуктивной идеей для изобретателей вечных двигателей. Например, в 1712 году немецкий изобретатель Иоганн Бесслер, предпочитавший псевдоним Орфиреус, представил свое колесо. Как он утверждал, оно приводилось в действие положением, расположением и перемещением его собственных скрытых весов, могло перемещаться грузы и находится в движении неограниченно долго.

Орфиреус охотно демонстрировал свое колесо всем желающим, в том числе на ярмарках, отчего получал неплохой доход. Одно время изобретением даже интересовался Петр I, который хотел купить его за сто тысяч талеров (каждый талер — это, на минуточку, 20 граммов чистого серебра, так что сумма огромная). Но в 1725 году Петр умер, так и не сподобившись посетить Германию и осмотреть колесо.

А вот Карл, ландграф Гессен-Кассельский устроил колесу испытание. Устройство поместили в комнату, запустили, заперли на две недели и приставили охрану. Когда комнату снова открыли, колесо вращалось с той же скоростью, что и сразу после запуска. Тогда колесо снова закрыли, но уже на 40 дней. И вновь по прошествии этого срока оно вращалось с неослабевающей быстротой.

Впрочем, секрет оказался прост. Орфиреус как-то поссорился со своими домашними, которые и выболтали его секрет. Оказалось, что колесо приводилось в действие людьми, незаметно дергавшими за тайный шнурок. Провернуть такую аферу под носом у правителя было дельцем хлопотным, но, видимо, того стоило. До конца жизни Орфиреус утверждал, что его оклеветали.

Как важно учить физику

Казалось бы, в современный просвещенный век, когда космические корабли бороздят просторы Вселенной, продать кому-то вечный двигатель — совсем уж утопическая задача. Оказывается, нет.

В 2004 году инженер из ЮАР Майкл Брейди основал компанию Perendev, которая планировала уже в 2005 году заняться изготовлением двигателей на постоянных магнитах, работающих без топлива. Первое начало термодинамики вышло из чата, но сорок людей, очевидно, прогуливавших физику в школе, внесли предоплату на сумму в миллион евро. И стали ждать своих вечных двигателей.

А вот Брейди ждать не стал. Он тут же объявил себя банкротом и со всеми деньгами отправился кутить в Швейцарию. Там его и арестовали в 2010 году.

Можно обмануть людей, но физику — никогда.