機器和能源是工業時代的兩大标志，機器的運轉需要依靠能源提供動力，但是自從機器誕生以來，人類就夢想能夠有一種不需要外界輸入能源、能量或在僅有一個熱源的條件下便能夠不斷運動并且對外做功的機械，這就是所謂的“永動機”。

永動機夢想曆史悠久

傳說，永動機的想法起源于印度，後經過伊斯蘭世界傳到了西方。在歐洲，早期最著名的一個永動機設計方案是13世紀時一位叫亨内考的法國人提出來的，後來文藝複興時期意大利的達·芬奇也設計過類似的永動機模型，但是這類試圖打破杠杆平衡原理的設計都沒有成功。

列奧納多·達·芬奇制訂計劃和建成了主流社會數百年都不會去構想的機器。列奧納多·達·芬奇為研制樂器、液壓泵、可反轉的曲柄機制、有鳍的迫擊炮彈和蒸汽大炮制訂了詳細計劃。他甚至試圖發明飛行器，這個飛行器與20世紀的最終設計圖有衆多相似之處。

從哥特時代起，人們又提出過各種永動機設計方案，有采用“螺旋汲水器”的，有利用輪子的慣性、水的浮力或毛細作用的，也有利用同性磁極之間排斥作用的。歐洲宮廷裡曾經聚集了形形色色的企圖以這種虛幻的發明來掙錢的方案設計師，甚至大量的騙子也混迹其中。但是所有這些方案都無一例外地以失敗告終。

其實，在所有的永動機設計方案中，我們總可以找出一個平衡位置來，在這個位置上，各個力恰好相互抵消，不再有任何推動力使它運動。所有永動機必然會在這個平衡位置上靜止下來，變成不動機。

通過不斷的實踐和嘗試，人們逐漸認識到：任何機器對外界做功，都要消耗能量。不消耗能量，機器是無法做功的。這時的一些著名科學家已經開始認識到了用力學方法不可能制成永動機。

這是雅科夫· 伊西達洛維奇·别萊利曼的《趣味物理》中的一幅插圖，描繪的是一架所謂的“自動永動機”。

永動機為什麼無法“永動”

19世紀中葉，熱力學第一定律、偉大的能量守恒定律被發現了。人們認識到：自然界的一切物質都具有能量，能量有各種不同的形式，可從一種形式轉化為另一種形式，從一個物體傳遞給另一個物體，在轉化和傳遞的過程中能量的總和保持不變。所以，不消耗能量而能永遠對外做功的“第一類永動機”是違反能量守恒定律的。

在制造第一類永動機的夢想破滅後，一些人又夢想制造另一種永動機，希望它不違反熱力學第一定律，而且既經濟又方便。比如，這種熱機可直接從海洋或大氣中吸取熱量使之完全變為機械功。由于海洋和大氣的能量是取之不盡的，因而這種熱機可以永不停息地運轉做功，也是一種永動機。

然而，在大量實踐經驗的基礎上，英國物理學家開爾文于1851年提出了熱力學第二定律：物質不可能從單一的熱源吸取熱量，使之完全變為有用的功而不産生其他影響。這樣，制造“第二類永動機”的想法也破滅了。

開爾文是熱力學理論的主要奠基者之一。

1775年，法國科學院宣布“本科學院以後不再審查有關永動機的一切設計”。1861年，英國有一位工程師德爾克斯收集了大量資料，寫成一本名為《17、18世紀的永動機》的書，告誡人們，切勿妄想從永恒運動的賜予中獲取名聲和好運。1917年美國專利局也決定不再受理永動機專利的申請。現在美國專利及商标局也嚴禁将專利證書授予永動機類申請。

【本文來源于人民出版社出版的《話說世界（11）：工業時代》】

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