Вічний двигун: чи можливо? Усі спроби створити Perpetuum Mobile

Недосяжна мрія будь-якого інженера. Філософський камінь механіки. Інструмент спритних шахраїв та атрибут безлічі фантастичних творів. Знайомтеся: вічний двигун.

Вічний рух можливий. Принаймні воно не суперечить квантовій механіці і першому закону Ньютона (матеріальна точка зберігає стан спокою або рівномірного руху доти, доки зовнішні впливи не змінять цього стану). Нещодавно астрономи університету Міннесоти виявили в космосі «велике ніщо» — порожній простір завдовжки близько мільярда світлових років. Якщо уявити, що в ньому відсутні всякі взаємодії, то камінь, кинутий там, рухався б із постійною швидкістю до смерті Всесвіту. Тобто фактично завжди.

Однак коли мова заходить про вічний двигун, зазвичай мається на увазі система, що виробляє більше енергії, ніж споживає (що втрачає її на терті, опорі повітря тощо), завдяки чому її можна використовувати для будь-яких побутових потреб. До винаходу парових або електричних приводів єдиним універсальним та мобільним джерелом енергії були м’язи. Пружинні і маятникові механізми придатні лише докладання малої сили протягом тривалого часу (годинник). Найпотужнішими стаціонарними двигунами були водяні та вітряки.

Це дуже обмежувало механіків. Наприклад, у середні віки не становило труднощів спорудити стельовий вентилятор або ескалатор, але хто б зміг безупинно крутити їхню добу безперервно? Цілком логічно, що люди мріяли про «халявне» джерело енергії. Їхня фантазія була обмежена технологіями того часу, тому за нинішніми мірками вічні двигуни давнини виглядали зворушливо і примітивно.

Перший вічний двигун був придуманий майже 9 століть тому. Індійський математик та астроном Бхаскара II запропонував кріпити до колеса судини з ртуттю, вигнуті таким чином, щоб під час обертання вона перетікала з одного кінця ємності до іншого. За його задумом, колесо крутилося б постійно. Найімовірніше, для вченого це був лише символ вічного колообігу буття (сансари, «протікання»).

Бхаскара навряд чи вважав свою філософську модель вічним двигуном, проте арабські та європейські дослідники поставилися до цього питання абсолютно серйозно. Незбалансоване колесо стало класикою «вічного двигунобудування». У 13 столітті французький архітектор Віллар де Оннекур скористався тією самою схемою, замінивши ртуть молоточками. На практиці таке колесо знайде точку рівноваги та зупиниться, не зробивши навіть повного обороту.

Леонардо да Вінчі зацікавився ідеєю вічного двигуна, створив кілька креслень… і оголосив, що жоден такий апарат працювати не буде. Він критикував усі спроби винахідників створити чергове «чарівне колесо», проте думка про принципову неможливість вічного двигуна стала аксіомою лише через двісті років — коли в 1775 році Паризька академія наук перестала приймати патентні заявки на подібні пристрої.

О, дослідники вічного руху, скільки суєтних планів ви створили при подібних пошуках! Стати краще алхіміками!

Леонардо Да Вінчі

Разом з тим Леонардо залишив креслення водяного млина, що обертається водою, що піднімається нею ж, не забезпечивши їх критичними коментарями. Чи вважав він за можливий вічний двигун на воді — невідомо.

Захоплення незбалансованими колесами поступилося місцем моді на замкнуті схеми «пристрій А обертає пристрій Б, який рухає пристрій А». Філософ, астролог і алхімік Марк Антоній Зимара (1460-1523), незнайомий з водяним млином да Вінчі, описав вітряк, на який дмухали величезні хутра, що приводяться в рух обертанням цього самого вітряка.

У 1610 році нідерландський винахідник Корнеліус Дреббел побудував перший механічний годинник з автопідзаводом від перепадів атмосферного тиску. Машина, що являла собою золотий глобус і показувала не лише годинник, а й дати з пори року, за мірками того часу здавалася справжнім «вічним двигуном». За Дреббелом закріпилася слава мага та алхіміка.

Важко сказати, наскільки якісно вона була виконана (наприклад, годинник Atmos розроблявся найкращими швейцарськими інженерами протягом кількох десятків років). Але, враховуючи, що Дреббел був неймовірно талановитий (побудував мікроскоп з двома лінзами, підводний човен для англійського флоту, винайшов інкубатор для курчат з термостатом, що автоматично регулює температуру, а також намагався створити повітряний кондиціонер), розумно припустити, що його годинник міг працювати без поломок багато місяців, а то й роки.

Останній, найяскравіший період класичного вічного двигунобудування припав на середину 18 століття, а саме — на життя Йоганна Ернста Еліаса Бесслера (1680—1745), який вигадав псевдонім Orffyreus (криптограма Bessler).

Це була дуже дивна людина — хвалькувата, набридлива, занудна, з поганим характером і замашками параноїка. За свідченнями, що дійшли до нас, він працював годинникарем. У 1712 Бесслер заявив, що опанував секрет вічного руху. Спочатку він спробував показати невпинне колесо з невеликим вантажем мешканцям маленького німецького містечка Гера, але провінціалів це видовище не вразило.

Бесслер став роз’їжджати країною, публікувати наукові трактати і будувати більші моделі свого двигуна. З якихось причин він не хотів робити компактних моделей, а конструював дерев’яні колеса діаметром близько 4 метрів. Його кипуча діяльність привернула увагу вчених. Демонстраційні зразки мега-колес ретельно досліджувалися, але жодних ознак шарлатанства не виявилося.

Вирішили провести повномасштабний експеримент. 12 листопада 1717 року в присутності представників влади одне з обертових коліс діаметром 3,5 метра було розміщено в кімнаті замку Вайсенштайн, а всі вікна та двері наглухо замкнені. Через два тижні кімнату відкрили. Колесо все ще крутилося. Тоді приміщення було запечатано до 4 січня 1718 року. Через рік люди увійшли до кімнати і побачили, що колесо продовжує обертатися з тією ж частотою.

Це було цікаво. Лондонське королівське суспільство захотіло купити винахід. Бесслер з ходу запросив двадцять тисяч фунтів (гігантські на той час гроші). Колесо вирішили перевірити ще раз, але Бесслер раптово розлютився і розламав своє творіння — нібито для того, щоб інші вчені не змогли вкрасти його ідеї.

Винахідник продовжив подорожі країною, демонструючи різні моделі коліс: що обертаються тільки в один бік і зупиняються лише з дуже великим зусиллям, а також обертаються в будь-який бік і зупиняються без жодних зусиль. У 1727 році служниця Бесслера заявила, що його механізми рухалися людиною з іншої кімнати. Перевірити ці свідчення не вдалося, але репутація інженера була назавжди підірвана. Безслер помер, звалившись із вітряного млина, що споруджується ним. Він залишив по собі незрозумілі шифровані нотатки і змусив нащадків ворожити — чи був він божевільним, ексцентричним генієм чи геніальним фокусником?

У 19 столітті захоплення вічними двигунами дещо спало – наука йшла вперед, тому такі пристрої дедалі частіше ставали інструментом обману. Так, американець Чарльз Редхеффер із Філадельфії за 1 долар показував усім бажаючим складну маятникову машину вічного руху — щоправда, через вікно, що загративало. Місцеві жителі підкупили одного механіка, щоб той зробив копію двигуна Редхеффера — але з потайною пружиною всередині.

Побачивши клон свого дітища у дії, Чарльз запанікував і втік до Нью-Йорка, де його викрив знаменитий винахідник Роберт Фултон. Останній зауважив, що машина працює уривчасто і знайшов ремінний привід, що веде від неї до сусідньої кімнати з людиною, що крутить важіль.

Ще один американець – Джон Кілі (1827-1898) – заявив, що енергію можна вилучати з ефіру за рахунок вібрацій камертону. Його звинувачували в шахрайстві і навіть у чаклунстві, але спритник примудрився 27 років дурити інвесторів, виманюючи у них гроші на побудову промислового зразка двигуна. Лише після того, як Кілі потрапив під трамвай, з’ясувалося, що його макети працювали на стислому повітрі. Шахрай порушив багато законів — але не термодинаміки.

Протягом 19 і 20 століть подібні апарати продовжували годувати своїх «винахідників» та працівників жовтої преси — з тією різницею, що терміни «космічні флюїди» та «всепроникний ефір» змінилися на «холодну термояду» або «альтернативну фізику». Іноді це закінчувалося не просто погано, а дуже погано — наприклад, 1966 року американський угорець Джозеф Папп (самооголошений творець реактивної субмарини) зазнав двигуна, який працював на суміші інертних газів. Вибух забрав життя однієї людини і покалічив двох.

Але не всі такі випадки мали кримінальний характер. Цілком серйозний вчений Томас Генрі Морей (1892—1974) неодноразово демонстрував усім охочим роботу приладу, який збирав «променисту енергію з вакууму» і перетворював її на електрику.

Машина працювала кілька днів поспіль. Експерти вивчали її вздовж і впоперек, але ніхто не міг знайти джерела енергії. Промисловці захотіли купити її, Морей відмовився, і єдиний робітник був знищений. Пізніше вчений скаржився, що в нього кілька разів стріляли, його погрожували родині, а лабораторії періодично громилися. Секрет пристрою, який збирав космічну енергію (у чому б він не полягав), винахідник забрав із собою в могилу.

Грань між геніальністю та божевіллям провести дуже складно. Інший фізик — болгарин Стефан Марінов заявив, що відвідав комуну християнської секти «Метерніту» (Лінден, Швейцарія), члени якої отримали «натхнення згори» та побудували генератор нескінченної електричної енергії під назвою «Тестатика». Він працює багато років, перекриваючи енергетичні потреби всієї громади. Незабаром після цього одкровення Марінов зістрибнув зі сходів у бібліотеці Грацського університету.

Любителі теорій змови часто згадують про Стенлі Мейєра, який потрапив під суд за спроби продати двигун, який працював на воді. Якщо вірити махінатору, слабкі електричні імпульси особливої частоти розкладають воду на водень і кисень, які потім використовують замість парів бензину, а потужності автомобільного генератора достатньо для продовження розкладання води. Збивши на цій афері стан, Стенлі раптово помер у ресторані в 1998 році. «Знаючі люди» не сумніваються, що його отруїли нафтові магнати та урядові агенти.

А в 2006 році ірландська компанія Steorn оголосила про створення нового двигуна «безкоштовної енергії» Orbo, головним елементом якого стали звичайні магніти. Один із перших екземплярів пообіцяли встановити на водяному насосі в якомусь кенійському селі. Демонстрація Orbo перед комісією вчених, запланована на липень 2007 року, не відбулася «з технічних причин». Пізніше компанія все ж таки намагалася випустити своє чудо-творіння на ринок, представляла його на суд вчених (які оголосили, що воно не працює) і закрилася в 2016 році. Багато хто вважає, що епопея з «вічним двигуном» була просто маркетинговим ходом.

Підозрільні типи

Фізики ділять вічні двигуни на два типи.

Будь-яка машина, що отримала енергію, виробляє еквівалентну їй роботу та (або) тепло. Якщо роботи чи тепла більше, ніж енергії, ми маємо справу з вічним двигуном першого типу – найпопулярнішим серед винахідників. Припустимо, якийсь похмурий геній поставив незбалансоване колесо на диво-підшипник. Достатньо один раз штовхнути його — і воно має крутитися, прискорюючись доти, доки не розлетиться на частини. Це називається «порушенням закону збереження енергії».

Двигун другого типу повністю перетворює навколишнє тепло на роботу, ігноруючи другий початок термодинаміки. Сьогодні висловлюються припущення про те, що створення якоїсь подоби такого пристрою все ж таки можливе, якщо йдеться про перетворення не просто тепла, а темної енергії або темної матерії, з якої створено найбільшу частину нашого Всесвіту.

Вічні двигуни у фантастиці можна також поділити на чотири категорії.

Найпростіший вид вічного двигуна заснований на деяких магічних ефектах . Наприклад, у романах Уеллса згадується диво-матеріал «кейворит» із сильними антигравітаційними властивостями. Якщо виготовити колесо, половина якого виготовлена з кейвориту, воно крутитиметься з постійним прискоренням. У світах фентезі вічний двигун не затребуваний, адже замість конструювання громіздкого механізму завжди можна створити перманентне заклинання (прибирання приміщення в диснеївському «Учні чарівника», або горщик, що варить нескінченну кількість каші в казці Андерсена).

Вічний двигун другого виду – ” неможливий механізм ” – діє із явним порушенням законів природи і має суто умоглядний характер. Хорошим прикладом такої парадоксальної конструкції є водяний млин нідерландського художника Моріса Ешера (1898—1972).

До третього — « суб’єктивного » вигляду вічного двигуна відноситься агрегат, що працює так довго, що для практичного спростування його «вічності» не вистачить навіть кількох людських життів. Джерелом енергії тут зазвичай служать якісь «вічні» природні явища.

Цей вид можливий у фантастиці. Наприклад, годинник «Атмос» швейцарської фірми Jaeger-LeCoultre працює від добових коливань температури повітря. Вони заповнені етилхлоридом, який розширюється при нагріванні та заводить пружину. Для мінімізації тертя крутильний маятник здійснює лише 1 оборот на хвилину (у 150 разів повільніше, ніж у звичайного годинника). Перепаду в 1 градус достатньо, щоб годинник йшов два дні. Теоретично, цей годинник може пережити не одного власника. Але практично гарантійний термін обслуговування різних моделей «Атмосу» становить 20—30 років.

Ще один вид пристроїв, які можна прийняти за вічний двигун, – навмисно ускладнені механізми тривалої дії , що виконують якесь примітивне завдання. Обивателю важко зрозуміти мету та принципи їхньої роботи.

Зіткнувшись із таким «вічним двигуном», можна на 99% бути впевненим, що його «винахідник» — шахрай. Надмірні ускладнення конструкції потрібні лише для того, щоб заплутати спостерігача і приховати реальне джерело руху (зазвичай потужна пружина, захована в пустотілій осі якої-небудь шестерні).

* * *

Ніщо не вічне, навіть двигуни. Шляхетні божевільні стародавнього світу проектували пристрої, принципів дії яких вони не розуміли, і переконували себе, що їхні машини працюватимуть вічно. Їм на зміну прийшли спритники, які виявляли дива винахідливості лише в області приховування реальних джерел енергії їх двигунів. Сьогоднішні невизнані генії прагнуть бути «ближчими до народу», пропонуючи найходовіший ресурс — нескінченну кількість електроенергії. А поки вони доводять свої генератори до пуття, ви можете за кілька доларів купити на їхньому сайті відеоролик, що показує тестову модель у роботі. Раніше це було дешевше — подивитися на колесо, що крутилося в коморі, коштувало лише кілька мідних монет.

Найбільша частина щирих спроб винайти вічний двигун припадає на людей без особливих знань у фізиці, але які володіють «золотими руками» і страждають від «творчого сверблячки». Цікаво, що близько третини з них – пенсіонери. У переважній більшості випадків їх проекти ґрунтуються на ідеях вікової давності, причому автори не обмежуються одним «винаходом». Осяяння приходить до них чи не щодня, тому революційні креслення надходять до патентного бюро не одиницями, а кілограмами.

В якомусь сенсі вічний двигун справді існує у вигляді його вічних пошуків. Він працює по замкнутому циклу: те, на чому обпеклися середньовічні дослідники природи, сьогодні знову красується на випробувальних стендах. Але, можливо, це і на краще, адже одного разу саме так був придуманий паровий насос, а Архімед перед тим, як крикнути «Еврика!», збирався лише помитися.