“永动机”

关于“永动机”和“永恒运动”，无论是这些词汇的狭义还是广义概念，都是大家经常谈论的，但并不是所有人都能够解释这些概念的真正含义。永动机是一种假想的机械，它不仅能够不停地自行运动，而且人们还可以利用这种机器来做有用功（例如举起重物等）。虽然很久以前就有许多人不断尝试制造这样的机械，但直到现在也没有人能够取得成功。由于那些制造永动机的努力都毫无结果，使人们坚信永动机是不可能制造出来的，并且从这一点推出了能量守恒定律——这是现代科学的基本定律。至于永恒运动，指的是一种永不停止的不做功运动。

在图44中画的是一种假想的自行式机械——这是永动机的最古老的设计之一，直到今天，还有一些永动机的狂热者在不断地复制这种设计思想。这种“永动机”是这样子的：在一只轮子的边缘上装有许多可折叠的短杆，短杆的另一端固定着重物。无论轮子处于什么位置，轮子右侧的重物一定比左侧的重物离轮心远，因此，右半边总是会把左半边拉过来，让轮子转动起来。这样，这只轮子就应该永远转动下去，至少要转到轮轴磨坏为止，它的发明者正是这样想的。实际上，如果真的把这种“永动机”造出来，它却是不会转动的。为什么发明者的设计思路无法得到证实呢？

原因是：虽然轮子右侧的重物总是距离轴心更远，但无法避免的情况是，右侧重物的数量要比轮子左侧的少。

在轮子的右侧，一共只有4个重物，而在左侧却有8个之多。所以，整个系统是处于平衡状态的，轮子当然不会转动，只是摇摆几下就会停止在这个位置上了（可以借助于所谓的力矩定理对这种系统的运动进行描述）。

目前，已经证明了这样一个不容置疑的事实：一个永远能够自行运动甚至还可以做功的装置是不可能制造出来的，为实现这个目标而付出的任何努力终将是徒劳的。从前，特别是在中世纪时期，人们绞尽脑汁想要解决这个问题，花费了大量时间和精力来制造“永动机”（拉丁语为Perpetuum Mobile），但是毫无结果。在那个时候，拥有一台永动机甚至比掌握用廉价金属制造黄金的技术更具有诱惑力。

在普希金的《骑士时代的几个场景》中就曾经描写过一位这样的幻想家——别尔托尔德。

“什么是Perpetuum Mobile？”马尔丁问道。

“Perpetuum Mobile，”别尔托尔德回答道，“就是永恒的运动。如果我能够找到永恒运动的方法，就将证明人类的创造力是无止境的……您知道吗，我亲爱的马尔丁！制造黄金，当然是一件诱人的事情，这样的发明，可能很有趣，也很有利可图，但与Perpetuum Mobile相比，噢！”。

人们曾经想出了几百种“永动机”，但是没有一个能“永动”。每一个发明者，像我们前面那个例子中的发明者一样，总是忽略了这样或那样的环节，从而造成整个设计的无效。

下面是另外一个臆想出来的永动机：一只里面装着可以自由滚动的沉重钢球的轮子（图45）。发明者的想法是，轮子一侧的钢球总是距离轮边更近，所以它们的重量会使轮子转动起来。

图45　带可滚动钢球的臆想永动机

不言而喻，就像图44中画的轮子一样，这种情况永远也不会发生。虽然如此，出于广告的目的，美国的一家咖啡店就建造了一个类似的大轮子（图46）来吸引顾客。当然，虽然这台“永动机”表面上看起来是由滚动的钢球带动的，但实际上是由一台小巧的、隐藏得十分巧妙的驱动装置带动的。同一类型的永动机还有很多，曾经有一些钟表店为了吸引公众的注意力，就在自己的玻璃橱窗展示过这样的装置：当然这些永动机都是很隐蔽地用电力驱动的。

图46　出于广告目的建造的假想永动机，位于洛杉矶市（加利福尼亚州）

有一次，一台广告用“永动机”给我添了不少麻烦。我的学生们被这台永动机完全震惊了，甚至在我向他们证明永动机不可能存在的时候表现得很漠然。那台“永动机”上的铁球，不停地滚来滚去，转动着那只轮子，同时还被这只轮子抬升起来，这种情形比我的论证要更具有说服力；他们不肯相信这个“神奇的机器”是靠城市电网的电流转动的。幸好有老天爷帮我的忙，那时候在节假日会停止供电，于是我建议学生们在节假日再去看看那个橱窗，他们照着做了。

“ 怎么样，看到永动机了吗？” 我问道。

“没有，”学生们回答时很难为情。“看不到，它被用报纸蒙起来了。”

能量守恒定律终于重新赢得了学生们的信任，并且是永远地赢得了信任。