به گزارش خبرنگار ایمنا، از ابتدای تاریخ، ماشین حرکت دائمی رویایی، وسیله‌ای که می‌تواند بدون افت انرژی تا ابد به فعالیت خود ادامه دهد جام طلایی مخترعان، دانشمندان و حتی شیادها و کلاه‌برداران بوده است. در سال‌های پیش‌رو و با اتمام سوخت‌های فسیلی ارزان‌قیمت، فشاری عظیم برای یافتن منابع جدید و فراوان انرژی پاک از سوی جهان صنعتی وارد می‌شود. از طرفی افزایش قیمت نفت، آلودگی روزافزون و تغییرات اقلیمی، اشتیاق دست‌یابی به انرژی ابدی را در همه اقشار جامعه افزایش می‌دهد؛ محبوبیت ماشین‌های حرکت دائمی بسیار است و در برنامه‌های تلویزیونی و بازی‌های رایانه‌ای حضور بسیاری داشته است؛ اما اگر انرژی به این حد ارزشمند است، احتمال ساخت ماشین حرکت دائمی چه قدر است؟ برای بررسی بیشتر امکان‌پذیری تولید ماشین حرکت دائمی و شناخت آن با احسان تمنده، کارشناس ارشد فیزیک سامانه‌های پیچیده گفت‌وگویی انجام داده‌ایم که در ادامه می‌خوانید:
حرکت دائمی چیست؟
این واژه به حرکتی اطلاق می‌شود که بدون داشتن هیچ منبع انرژی خارجی به طور دائمی ادامه یابد؛ حرکت دائمی در عمل به دلیل وجود اصطکاک غیر ممکن است و به طور کلی می‌توانیم این حرکت را به صورت یک ماشین فرضی بدانیم که پس از یک انرژی فعال‌ساز برای همیشه به کار خود ادامه دهد مگر اینکه عاملی سبب توقف آن شود. دانشمندان بر اساس چهارچوب‌هایی فعالیت می‌کنند که اگر نظریه از آن خارج شود، یعنی وجود ندارد؛ وجود ماشین حرکت دائمی قانون اول و دوم ترمودینامیک را نقض می‌کند که این مسئله باعث می‌شود از چهارچوب تفکرات دانشمندان خارج شود.
قانون اول و دوم ترمودینامیک چیست؟
منظور از قانون اول ترمودینامیک بقای کار و انرژی است؛ این قانون می‌گوید: "در سیستم انرژی ایجاد نمی‌شود بلکه از حالتی به حالت دیگر تبدیل یا برای انجام کاری استفاده می‌شود." قانون دوم نیز به نوعی تعریف دیگر قانون اول است و می‌گوید: "در یک سامانه با گذر زمان اگر یک پروسه ترمودینامیک صورت بگیرد باعث آنتروپی یا بی‌نظمی در سامانه می‌شود." این دو قانون دقیقاً حرکت دائمی آن را نقض می‌کند.
ماشین حرکت دائمی چیست؟
برای اینکه بتوانیم ماشین حرکت دائمی را درک کنیم باید ابتدا تعریف ماشین را بدانیم که تعریف‌های گوناگونی دارد. در فیزیک، ماشین ابزاری است که از یک یا چند عضو تشکیل شده و از انرژی برای انجام کار استفاده می‌کند؛ ماشین حرکت دائمی به معنای حرکت همیشگی یک سامانه است که می‌تواند بدون استفاده از انرژی، کار انجام دهد و متوقف نشود که این تعریف با معنای فیزیکی ماشین در تناقض است زیرا در تعریف به طور واضح گفته می‌شود ماشین برای انجام کار به انرژی نیاز دارد، اما در اینجا از ماشینی صحبت می‌کنیم که برای انجام کار دیگر به انرژی نیاز ندارد.
آیا حرکت سیارات به دور مدار مثالی برای حرکت دائمی است؟
خیر؛ حرکات مختلفی در طبیعت وجود دارد که برخی تصور می‌کنند، مثالی از حرکت دائمی است مانند حرکت سیارات به دور ستاره‌ها که در ابتدا تصور می‌شود، این فرایند به طور دائم، بدون صرف انرژی و توقف ادامه می‌یابد، اما باید دانست که فضای میان ستاره‌ای دارای اصطکاک است و نیروهای داخل آن به صورت نامحسوس باعث کاهش سرعت سیارات و ستاره‌ها می‌شود یا در رابطه با جریان باد و آب در اقیانوس نیز از این دسته مثال‌ها محسوب می‌شود.
دلیل دسته‌بندی ماشین‌های حرکت دائمی چیست؟
این دسته‌بندی به دلیل رفع ابهامات توسط دانشمندان صورت گرفته به گونه‌ای که ماشین‌های حرکت دائمی بر اساس عملکرد و تناقض با قوانین ترمودینامیک دسته‌بندی و بررسی شد.
آیا ماشین‌های دسته اول حرکت دائمی نتیجه مطلوبی داشت؟
خیر؛ دسته اول ماشین‌هایی است که قانون اول ترمودینامیک را نقض می‌کند؛ بر اساس این قانون ماشین حرکت دائمی تنها زمانی می‌تواند فعالیت کند که به اطراف انرژی ساطع نکند و اگر انرژی خروجی از ماشین بیشتر از ورودی شود در صورتی که بتوانیم جرم دستگاه را ثابت فرض کنیم، چنین دستگاهی نمی‌تواند کار کند. در سال ۱۶۱۸ تلاش‌هایی انجام شد تا نخستین نوع ماشین‌های حرکت دائمی را اختراع کنند؛ این دستگاه دارای یک مخزن، آسیاب آبی و یک پیچ ارشمیدس بود که با هدف ایجاد حرکت دائمی و تولید انرژی مازاد ساخته شده بود، اما به دلیل قانون اول ترمودینامیک هرگز فعالیت نکرد.
دلیل اینکه مخترعان برای ساخت دستگاه حرکت دائمی به سمت دسته دوم رفتند، چه بود؟
مخترعین متوجه شدند برای ایجاد چنین دستگاهی نمی‌توانند از دسته اول استفاده کنند زیرا بسیار مشخص قانون اول ترمودینامیک را نقض می‌کند و به دلیل اینکه درک نقض مسئله‌ای به نام آنتروپی یا بی‌نظمی در سامانه توسط یک دستگاه برای عموم مردم دشوارتر بود بنابراین تمرکز بر فعالیت دسته دوم آغاز شد.
ماشین‌های دسته دوم حرکت دائمی به چه صورت فعالیت می‌کرد؟
ماشین‌های دسته اول، قانون دوم ترمودینامیک را نقض می‌کرد اما برخی مدعی بودند ماشین‌های دسته دوم این‌چنین نیست. فرض کنید دو منبع یکی گرم و دیگری سرد داریم، هنگامی که این دو منبع را برای انتقال گرما کنار یکدیگر قرار دهیم گرما از منبع سرد به گرم جریان پیدا می‌کند. سازنده‌های ماشین‌های نوع دوم مدعی بودند که بدون انجام کار (w) می‌توان گرما را از منبع سرد به گرم هدایت کنیم که موارد بسیاری در این زمینه اختراع شد و مشهورترین آن‌ها طرح چرخنده برانیان در سال ۱۹۱۲ بود؛ البته این دستگاه‌ها از دید قانون دوم ترمودینامیک رد می‌شد و در نتیجه ماشین‌های دسته دوم نیز به طور کامل رد شد.
آیا پس از رد دسته دوم نظریه ماشین‌های دائمی ادامه یافت؟
بله؛ مخترعین دسته سومی تعریف کردند که در آن ماشین‌های حرکت دائمی بدون هیچ ورودی و خروجی به حرکت خود ادامه می‌دهد. مدعیان این دسته گفتند که ماشین‌های حرکت دائمی دسته سوم بر اصلی از فیزیک کلاسیک کار می‌کند که طبق آن تعریف در صورتی که نیروی خارجی به جسم در حال حرکت وارد نشود می‌تواند تا ابد به حرکت خود ادامه دهد که اگر اصطکاک و اتلاف انرژی را در نظر نگیریم وجود چنین ماشین‌هایی دور از ذهن نیست.
مانع پیش‌روی دسته سوم ماشین‌های حرکت دائمی چه بود؟
مانع اصلی این ماشین‌ها مفهومی در مکانیک کوانتوم بود که به عنوان اصل عدم قطعیت هایزنبرگ تعریف می‌شود. در این تعریف فرض می‌کنیم تمامی ذرات دارای ماهیت تصادفی است و هر شیء در حال حرکت به ناچار دچار اصطکاک و افزایش دمای داخلی می‌شود حتی اگر تمام این موارد را ایزوله کرده و مهار کنیم بخشی از انرژی به شکل تشعشعات از دیواره‌های سیستم خارج می‌شود، بنابراین ماشین‌ها طبق این تعریف با گذر زمان از کار افتاده و حرکت آن دائمی نیست.
آیا تا به حال ماشین حرکت دائمی اختراع شده است؟
خیر؛ ممکن است در بسیاری از کلیپ‌های علمی مواردی از یک ماشین حرکت دائمی مشاهده کنید، اما اگر به طور دقیق آن‌ها را بررسی کنیم، نتیجه می‌گیریم انرژی لازم برای حرکت از یک منبع تأمین می‌شود و نسبت انرژی ورودی به خروجی آن بیش از یک است که این مسئله گزاره‌ای برای رد ماشین‌های حرکت دائمی است.
با توجه به این موارد می‌توان با احتمال بسیار وجود ماشین حرکت دائمی بدون نقض قوانین را ناممکن در نظر بگیریم؛ البته با این وجود برخی از شرکت‌های خارجی در حال فعالیت در این زمینه بوده و مدعی هستند که به چنین ماشین‌هایی دست یافته‌اند، اما به نظر می‌رسد با علم کنونی دست‌یابی به یک ماشین حرکت دائمی کار دشواری است.
نظر شما