永動機是否可能?

文/胡妙芬 |2020.12.22
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時間進入19世紀,愈來愈多的工廠與礦業如雨後春筍般出現,機器雷鳴似的轟隆聲畫破寧靜,工廠更加依賴蒸汽機,想將蒸汽機改良得更有效率的慾望也更加強烈。圖/陳彥伶
巴斯卡拉輪的設計,是利用輪子旋轉時水銀在輪內的流動,使輪子的一邊永遠比另一邊重,所以可以不停的旋轉,直到永遠。圖/陳彥伶
時間進入19世紀,愈來愈多的工廠與礦業如雨後春筍般出現,機器雷鳴似的轟隆聲畫破寧靜,工廠更加依賴蒸汽機,想將蒸汽機改良得更有效率的慾望也更加強烈。圖/陳彥伶
本文摘自《科學史上最有梗的20堂物理課》 親子天下出版

文/胡妙芬

時間進入19世紀,愈來愈多的工廠與礦業如雨後春筍般出現,機器雷鳴似的轟隆聲畫破寧靜,工廠更加依賴蒸汽機,想將蒸汽機改良得更有效率的慾望也更加強烈。只不過,工程師們在摸索改良作業時,個個都只是照著「經驗」、「感覺」走,實際上對於熱能如何轉變為機械運動的理論,根本不清不楚;更何況,眾人對「能量」這件事都還沒有任何明確的概念。這從19世紀初期,「永動機」(perpetual motion)風潮又突然席捲歐洲,就可以看得出來。

永動機迷思

當時只要有人一宣稱:「我發明了一部永動機!」必定在各地引發陣陣騷動。人們想做出的永動機,是「不需要輸入能源,就能持續運轉,永不止息」的機器;這樣就能有源源不絕的動力,可以發電、磨麵粉、紡紗、抽水……帶來的財富一輩子都用不完。聽起來多有吸引力!其實打從1159年,印度的數學家巴斯卡拉(Bhaskara the Learned),就絞盡腦汁設計出永不停止轉動的「巴斯卡拉輪」。

結果這件事難上加難,巴斯卡拉並沒有成功。後輩科學家們再接再厲,不少人像著魔似的,投注一生研究永動機。

猜猜看,右邊幾款「永動機」,哪一個可以永不停止,真正運轉到天荒地老?事實上,他們全部都失敗了。換句話說,千年來痴迷於永動機的設計建造者,從來沒有成功過,一個都沒有。

自動輪騙局

不只如此,永動機的魔力還引來想出名或發財的騙子。1714年,有位德國人貝斯勒(Johann Bessler),宣稱自己發明出「自動輪」,每分鐘旋轉60次,每次可以舉重16公斤。這位老兄很狡猾,故意不公開原理,徵求各路好漢來踢館,驗證他的自動輪是真是假。結果在1717年,一位來自波蘭的州長真的派人守著他的自動輪,過了40天後,發現自動輪的確沒有停止,所以頒發證書向世界證明,奧爾菲留斯的自動輪是貨真價實的永動機。

從此以後,奧爾菲留斯光是展示自動輪,就賺進大筆財富,又獲得貴族們的科學贊助,得意又風光。直到有一天,他的妻子與女僕吵架,女僕一氣之下對外爆料──原來這部自動輪是靠躲在牆壁夾層中的女僕拉著纜繩運轉的,根本不是什麼永動機。

師承道耳吞

當時很多人一頭栽進永動機這門夢幻科學裡,不可自拔。包括一位富裕的英國啤酒商之子──焦耳(James Joule)。當時還是少年的小焦耳,是典型永動機迷,除了參考前輩們的作品,也想設計出屬於自己的永動機。他經常絞盡腦汁,熬夜畫設計圖,並且在爸爸為他建立的私人實驗室裡,動手製作零件,組裝夢想中的永動機。可是他的永動機永遠中看不中用,明明設計理念很合理,結構組裝也不成問題,但是不知道為什麼,實際成品卻很掉漆,每次都是只動幾下,就不再動了。

一陣子過後,心碎的小焦耳只好把永動機拋在腦後,跟著當時發現「原子論」而名滿天下的大科學家道耳吞(Dalton)(參考國二理化課本第6章),紮紮實實的學起真正的科學。誰料到十年、二十年過去,焦耳卻發現了「能量不可能無中生有」的「能量守恆定律」,親手把自己曾經心動不已的永動機,送進墳墓裡去。

(待續)

本文摘自《科學史上最有梗的20堂物理課》 親子天下出版

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