為什麼「永動機」永遠都不可能造出來？
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長期以來，永動機，或者說永恆運動，一直被人們熱烈討論。但是，很多人並不清楚這背後到底有什麼意義。
在人們的想像中，永動機是一種機械裝置，它可以不停地自動運動，而且還可以舉起重物等，做一些有意義的事情。很早以前，有人就試圖想製造這種機械裝置，但是一直到現在，都沒有人真正製造出來。
人們的嘗試都以失敗告終，以至於人們開始懷疑，這種機械是不可能製造出來的。而且，在此基礎上，科學家們提出了一種定律，就是我們現在經常說的能量守恆定律。
當然，前面提到的永恆運動，不是一種機械裝置，而是一種現象，不需要做功卻能永遠運動下去。
圖43?中世紀對永動機的典型設計
圖43是古時候人們對永動機的一種典型設計。現在，仍然有人試圖製作出這種機械裝置。
在一隻圓形輪子的邊緣裝上一些活動的短桿，每個短桿的另一端上都拴著一個物體。不管輪子轉到什麼位置，右邊短桿上的每個物體要比左邊的物體離輪子中心遠。所以，右邊的物體就會向下運動，從而帶動輪子轉動。這樣，就會使輪子永遠轉動下去。
在製造的時候，人們以為肯定不會有任何問題，輪子肯定會轉動起來。但是，真正製造出來後，卻發現輪子並沒有轉動，很多發明家都不知道問題出在哪兒了。
為什麼會這樣呢？下面我們就來分析一下：
雖然，輪子右邊的物體總是離輪子的中心比較遠， 但是右邊的物體數量比左邊少。如圖43所示，右邊一共有4個物體，左邊是8個物體，整整是左邊的兩倍。
這樣的結果，就是輪子只是在最初搖擺了幾下，然後就會慢慢保持平衡，再也不轉動了，停到圖示的位置(有一個定律，叫力矩定律，可以很好地解釋這個問題，有興趣的同學可以去深入學習一下)。
現在，人們已經知道，根本不可能製造出這樣一種機械裝置能夠永運運動下去。所以，我們說，如果還有人在試圖製造它，都是一種徒勞。但是，以前可不是這樣，中世紀的時候，人們曾經為了製造出這樣一種機械， 花費了很多時間和精力。人們對製造」 永動機」的痴迷程度勝過了煉製黃金。
普希金在其作品《騎士時代的幾個場面〉中描寫了一位幻想家，叫比爾多德，對永動機情有獨鍾。裡面有這樣一段對話：
「什麼是永動機？」馬丁問。
比爾多德說:「親愛的馬丁， 永動機就是永恆的運動啊!我承認，煉製黃金確實是一個很好的工作，但是你不覺得永動機太有趣了嗎？如果我能做到永恆運動，就可以無所不能了，煉製黃金又算什麼呢！啊，永動機啊！
關於永動機的裝置，人們試驗了很多種，但無一例外都沒有成功。
每一個裝置都看似合理，但是總會忽略掉某一個細節，使得永動機總是不能製作成功。
圖44是人們設計的另一種永動裝置。
圖44?裝有鋼球的永動機
這種永動機由一隻裝著鋼球的圓輪構成，裡面的鋼球可以自由滾動。其實，它的設計思路跟前面的差不多，只是這裡把矩桿上的物體換成了鋼球，一邊的鋼球離輪子中心近一些，另一邊的鋼球離輪子中心遠一些，鋼球轉動的時候會帶動輪子旋轉。
但是，我們知道了，永動機這種裝置是永遠不會成功的。但是，當時在美國，卻有一家咖啡店為了招攬生意，按照這種設計製造了一個很大的輪子，如圖45所示。
圖45?廣告中的假想永動機
表面上看，輪子在一直轉動， 好像永動機真的實現了一樣。其實，它是由一個秘密的電動機帶動旋轉的。
關於永動機的模型，還有很多。曾經還有一個鐘錶店，也在櫥窗里奘了一個永動機，以引起人們的注意。當然了，跟圖45一樣，它其實也是由電動機帶動的。
所以，我們說，能量守恆定律是正確的，也是不容置疑的，在沒有外力的作用下，永動機或者永恆運動是不可能實現的。
如果單純從表面上理解永恆運動，非常容易陷入誤區，產生錯誤認識。這裡，我們再舉一個儲能器例子一烏菲姆采夫儲能器， 來對它進行一下說明。
20世紀20年代初，發明家烏菲姆采夫發明了一種新型的風力發電站，利用慣性來儲存能量，我們稱它為烏菲姆采夫儲能器。
這種儲能器的結構跟飛輪一樣，也是由一個很大的圓盤組成，圓盤裝在有滾珠的軸承上，可以繞著豎軸旋轉。
在圓盤的外面是一隻殼子， 裡面的空氣被抽了出來，只要給它一個足夠大的初速度，大概有20000轉/分鐘的樣子，圓盤就可以連續轉動15個晝夜，中間不會停下來。
很多不明真相的人都以為烏菲姆采夫儲能器實現了永恆運動，實際上還是被它的表象欺騙了，因為人們不可能守在那裡不間斷地觀15個晝夜，甚至更長的時間。
關於永動機的話題有很多。許多人沉迷其中，有的人最後一無所獲，落得悲慘境地。
聽說有一個人本來生活很富足，為了製造永動機花光了所有的積蓄，最後，永動機沒有做成功，他也變成了窮光蛋。從某種意義上說，他只是眾多犧牲者中的一個代表而已。
後來，聽說在他一貧如洗之後，雖然衣不蔽體，仍然沒有放棄他所謂的「夢想」，還在找人幫他製造永遠也不可能成功的永動機。這聽起來很荒謬，也讓人感覺很心痛，因為他終其一生都在為不可能實現的理想努力。
歸根結底，這是因為他連物理學的基本常識都不懂，一直在用錯誤的理論指導實踐。但是，我們也不得不承認，雖然永動機不可能實現，但是人們在發明永動機的過程中，有很多有趣的新發現。
16世紀末到17世紀初，荷蘭有一位數學家非常著名，他叫斯台文，就是在對永動機理論進行深入分析後，提出了斜面上的力量平衡定律。
不僅如此，這位著名的數學家還發明了很多其他的理論，一直到現在，對我們的生產生活都產生著重大的影響。
比如說小數，就是他發明的。並且在代數學中，首次提出指數的概念。流體力學定律也是他發明的。後來，帕折卡對這一定律進行了重新論證。
斯台文在提出斜面上的力量平衡定律的時候，沒有用到我們常說的平行四邊形法則，而是利用圖46所示的模型。
圖44 斯台文永動機
從圖中可以看出，三稜體一共掛著14個小球，每個大小都一樣。奇怪的是，這串小球保持了平衡，並沒有滑動。下面的小球不會滑動，這很容易理解，那右邊的兩個球和左邊的四個球呢，也能保持平衡嗎？
我們說，當然可以，它們也能保持平衡，否則，整串小球就會不停地滑動，因為只要有一個小球動了，其他的也會跟著動，因為它們是串在一起的。前面已經說了，所有的小球並不會滑動。也就是說，右邊的兩個小球和左邊的四個小球拉力相等，保持了平衡——是不是很神奇？
通過這一不經意的發現，斯台文提出了斜面上的力量平衡定律。通過觀察，斯台文發現，兩個斜面上的小球重量的比值，正好星兩個斜面長度的比值，並由此得出了結論。
也就是我們現在所知道的斜面上的力量平衡定律：如果兩個物體連在一起，放到兩個斜面上，要想達到平衡，物體重量的比值必須與兩個斜面長度的比值成正比。
由此，還可以推論得出另一個定律，就是把其中的一個斜面換成垂直面。如果想要斜面上的物體保持平衡，必須在垂直面的方向上向下施加一個力，這個力的大小和斜面上物體重量的比值，等於垂直面的長度與斜面長度的比值。
由此可以看出，在發明永動機的過程中，人們陰差陽錯地發現了很多有意義的力學理論。
還有一個關於永動機的真實記載。說起來，那是發生在彼得大帝時代的事了。
18世紀20年代初，彼得大帝得到了一台永動機，據說是一個叫奧爾費利斯的德國教授發明的。就是因為發明了這個機械，奧爾費利斯教授在德國可以說是家喻戶曉。
當他聽說俄國沙皇對此感興趣時，便想賣個好價錢。正巧，當時有一個叫舒馬赫的圖書館管理員，被俄國沙皇派到世界各地收集奇珍異寶，他便和奧爾費利斯教授進行了談判，並把教授的有關要求傳達給了彼得大帝。
舒馬赫在見到彼得大帝時，興奮地對彼得大帝說：「只要支付10000耶費馬克，那台機器就是咱們的了。」(耶費馬克是16至17世紀在做國流通的一種德國銀幣，1耶費馬克約等於1盧布)。
據當時的舒馬赫說，發明家做了保證，那台機器絕對沒問題、發明家還說，如果世界上真的有人不相信他，那就犯了天大的錯話。
因為這個，在1725年初的時候，彼得大帝計划出訪德國，為的就是要親眼目睹一下這台「永動機」的陣容。
但沒想到的是，這一計劃還沒成行，俄國沙皇彼得大帝就去世了，不得不說是一種遭憾。
那麼，這位德國教授到底是何許人呢？這台所謂的毫無問題的的永動機到底是個什麼東西呢？
據考證，巴思樂才是奧爾費利斯教授的真實姓氏。1680年， 他在德國出生，先後從事過神學、醫學和繪畫等工作。最後，因發明永動機而出名。
當時有很多人「趕時髦"，紛紛丟下本職，轉而從事永動機的發明工作。可以說，奧爾費利斯是最有名的一個，也是最成功的一個。通過展出自己發明的永動機，奧爾費利斯可以說是名利雙收。直到1745年去世，他都沉浸在這種巨大的成就裡。
在一本古書上，我們找到了這台永動機的框架模型，如圖48所示。據說，這就是1714年那台永動機的樣子，從圖中我們看到了一個大大的輪子，而且不光輪子在轉動，通過輪子的轉動，還把一些物體帶到了高處。
圖48 這幅畫是一張古畫，畫的就是彼得大帝沒能得到的，由奧爾費利斯製造的永動機
掘說，這位德國教授把這台台永動機拿拿到市場進行展覽，並因此聲名遠播。這台永動機也越傳越玄，還引起了波蘭國王的興趣。
奧爾費利斯好像找到了靠山一樣。當時，德國一個州的伯爵，甚至把自己的城堡給了奧爾費利斯作為賞賜，並提供大量人力物力支持發明家對機器進行各種試驗。
1717年12月12日，在一個房間里，這台永動機對外宣傳試驗成功。然後，還指派了警衛人員看守房間，並把房門領性，不許任何人靠近。
在接下來的兩周里，沒有人再進過這個房間，直到12月26日，伯爵親自帶著侍衛人員進入了房間，令伯爵驚奇的是，那台機器仍然在高速轉動著，而且轉動的速度也絲毫沒有慢下來。即使人為停下這台機器，過了一會，它還是會維續轉動起來。後來，房間又被鎖起來，繼續派人看守著。
轉眼間就到了1718年1月4日，當房間再次被開啟的時候，人們發現，那套機器還在一刻不停地轉動著。
接下來，房間又被鎖了更長的時間，達兩個月之久。當伯爵打開房間檢查的時候，發現輪子還是沒有停下來的意思。伯爵看了後大為高興。
通過這個試驗，發明家從這個興奮的伯爵那裡得到了權威認可。據說，當時還對這台機器給出了官方解釋，是這樣的：
永動機的轉速是50圈/分鐘，能夠把16千克的重物提到1.5米的高度。不僅如此，它還能帶動風箱和機床轉動。
正是靠著這次秘密試驗，奧爾費利斯在歐洲過得如魚得水，所到之處儘是讚美的聲音。可以這麼說，如果他沒有同意把機器轉讓出去，至少可以得到10倍於轉讓額的收入。
很快，這台永動機試驗成功的消息便傳了出去，整個歐洲都傳遍了，甚至連俄國沙皇彼得大帝都知道了，並引起了這位奇珍異寶收藏者的濃厚興趣。
彼得大帝是在1715年出訪外國的時候，聽說奧爾費利斯的永動機的。當時，他派自己的親信，外交大臣奧斯捷爾曼先去了解情況，當得到確切的消息後，在還沒有見到機器真相的時候，就發出了求購的意願。
據說，彼得大帝還盛情邀請發明者本人到身邊工作，並給予的「傑出發明家」的稱號。不僅如此，彼得大帝還派出了哲學家赫里斯基 沃爾富跟奧爾費利斯進行洽談。
不得不說，奧爾費利斯在世界各地收穫了顯赫名望，全世界的恩寵都集於他一身，甚至有詩人撰寫頌歌對他進行歌頌，讚美他神奇的發明。
事情到了這一地步，很多人對此產生了懷疑，認為這是一個徹頭徹尾的騙局。有人站了出來，跟奧爾費利斯公開叫板，並拿1000馬克獎金，獎給那些用於揭示騙局的人。
從眾多抨擊文章中，我們找到了如圖49所示的一幅畫。
圖49?在這幅古畫中，可一探奧爾費利斯永動機的秘密
據這個人的說法，奧爾費利斯的永動機騙局很簡單，就是在這台機器的後面，連著根繩子，有一個人一直在拉著它。繩子就連在輪子的軸上，拉繩子的人藏得很秘密，人們很難發現他。
其實，不難想像，終有一天， 這個騙局會被揭穿的，這只是時間的問題。據說，這個秘密還是發明家自己透露的。有一天，發明家和妻子吵架，然後發明家的妻子氣不過，便把這個秘密透露了出去。也許，如果發明家和妻子沒有吵架，人們可能直到現在還處於困感之中。
直到這位發明家去世，他都不肯承認自己發明的永動機有問題， 還說他的妻子和僕人是出於對他的怨恨才詆毀他的。但是，從那以後，人們再也不相信他了。他只有不停地向彼得大帝的使臣——舒馬赫訴說自己的「不幸」，並稱那些傳言都是惡意誹謗。
值得一提的是，當時還有台永動機也很出名。也是一個德國人發明的，他的名字叫格特葉爾，前面提到的舒馬赫也見到到了這台機器。他是這樣描述這台機器的：「在德雷斯頓，我親眼見到了這台機器的草圖。機器的形狀有點兒像磨刀石，裡面填滿了沙子，並前後不停的運動。
據發明家哥特葉爾說，運動的幅度不能太大。顯然這個永動機也不可能真的永遠運動下去，肯定也是隱藏了機關在裡面，只不過我們不知道動力來源於何處罷了。
在寫給彼得大帝的信中，舒馬赫說：「不管發明家對那些機器怎麼吹噓，英國和法國的學者們完全不相信那一套，他們認為所謂的永動機違背了物理規律。」不得不說，舒馬赫這句話是正確的。
以上內容，來自世界頂級科普大師別萊利曼的科普代表作《趣味物理學》。
作為入選世界十大科普讀物的《趣味物理學》，別萊利曼的書籍，趣味橫生卻又縝密嚴謹。
在力求向我們講述物理新知識，加深對重要物理理論認知的同時，還採用了大量來自實際生活中，引人入勝的謎題和故事。
這讓物理知識不再代表著死記硬背的公式，也不再是艱澀難懂的概念，而是化身為幽默生動的故事，不僅讓我們產生濃厚興趣，還能學以致用。
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