Ikuinen liike – määritelmä, termodynamiikka ja miksi se on mahdoton

Ikuisella liikkeellä tarkoitetaan liikettä, joka jatkuu ikuisesti sen jälkeen, kun se on käynnistetty, ilman lisäenergian lisäämistä. Kone, joka saataisiin kerran liikkeelle, jatkaisi liikkumista ikuisesti. Tällainen laite tai järjestelmä olisi vastoin energian säilymislakia. Tämän lain mukaan energiaa ei voi luoda eikä tuhota, mutta yksi energiamuoto voidaan muuttaa toiseksi.

Ikuiset koneet ovat kiinnostaneet keksijöitä jo pitkään, ja vaikka on osoitettu, ettei sellaista konetta voi olla olemassa, ihmiset yrittävät silti rakentaa niitä. Usein epäonnistumisen taustalla ovat mittausvirheet, piilotetut energialähteet tai yksinkertaisesti se, että laitteessa on olemassa näkymätöntä häviötä (esim. kitkaa, ilmanvastusta, sähkövastusta).

Termodynamiikka ja miksi ikuinen liike on mahdoton

Perpetuaalisen liikkeen mahdollisuutta arvioidaan termodynamiikan lakien avulla. Tärkeimmät syyt mahdottomuuteen ovat:

• Energian säilymislaki (1. termodynamiikan laki): se kieltää energian luomisen tyhjästä. Kone, joka tuottaa jatkuvasti työtä ilman energiapanosta, rikkoisi tätä lakia.
• Entropian kasvu (2. termodynamiikan laki): eristämättömässä systeemissä entropia eli epäjärjestys ei laske spontaanisti. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että lämpöenergiaa ei voi kokonaan muuntaa työksi ilman, että osa energiasta häviää lämmöksi ja entropia kasvaa. Laitteet, jotka väittävät muuttavansa huoneenlämpöä suoranaisesti jatkuvaksi työksi ilman kylmäreserviä, rikkovat tätä lakia.
• Hukka ja dissipaatio: todellisissa laitteissa on aina häviöitä (kitka, ilmanvastus, materiaalien sähkövastus, säteily). Nämä estävät pysyvän liikkeen, ellei energiaa jatkuvasti syötetä ulkopuolelta.

Perpetuaalisten koneiden tyypit

Perinteisesti perpetuaaliset koneet jaotellaan kolmeen päätyyppiin ( PMM = perpetual motion machine):

• Ensimmäisen asteen PMM (PMM1) yrittää luoda energiaa enemmän kuin se kuluttaa — rikkoo energian säilymislakia.
• Toisen asteen PMM (PMM2) pyrkii muuntamaan lämpöä täysin työksi ilman lämpöeron tarvetta tai kylmäreserviä — rikkoo toista termodynamiikan lakia (entropialaki).
• Kolmannen asteen PMM (PMM3) tavoittelee täydellistä häviöttömyyttä, eli liikkeen ylläpitämistä poistamalla kaikki kitka- ja häviöilmiöt. Käytännössä täydellinen häviöttömyys ei ole saavutettavissa reaaliolosuhteissa (aina on jonkin verran dissipatiivista prosessia, kvantti- tai lämpöfluktuaatioita jne.).

Tyypillisiä esimerkkejä ja selityksiä miksi ne eivät toimi

• Ylikuormitettu ratas (overbalanced wheel): Hammasratas tai ”painoratas”, jonka on ajateltu kallistuvan jatkuvasti painojen vuoksi. Kun kaikki voimat ja kitkat otetaan huomioon, voittamatonta momenttia ei synny — energia ei ilmesty tyhjästä.
• Magnettisysteemi: Magneetit eivät anna nettopotentiaalienergiaa, josta voisi jatkuvasti ottaa työtä; järjestelmässä on aina energiaesteitä ja tasapainopisteitä, jolloin magneettinen kiertokulku pysähtyy.
• Lämmön kone, joka työskentelee vain yhdellä lämpötilalla: Tämä on esimerkki PMM2:sta. Toisen lain mukaan konetta tarvitaan lämpöero tuottamaan jatkuvaa työtä — yksi lämpöaltaan lämpötilasta ei riitä ilman ulkoista energialähdettä.
• Maxwellin peikko ja Szilardin moottori: Nämä havainnollistavat tiedon ja termodynamiikan yhteyttä. Alkuperäiset ajatukset näyttivät siltä, että informaatio voisi alentaa entropiaa ilman energiahintaa, mutta myöhemmin tiedettiin, että informaation käsittely ja muistipaikkojen nollaus kuluttavat energiaa (Landauer'n periaate), joten periaatteessa ei saada ilmaista työtä.

Pitkäkestoinen liike vs. todellinen ”ikuinen” liike

On olemassa ilmiöitä ja teknologioita, jotka saavat aikaan erittäin pitkän käyttöiän:

• Satelliitit ja avaruuspallot voivat jatkaa ratojaan pitkään lähes ilman ilmanvastusta, mutta niiden liikkeen ylläpito ei ole ilmaista — radan energia tuli laukaisusta, ja maan gravitaatiokenttä sekä pienet häviöt muuttavat ratkaa ajan kanssa.
• Superjohtavat kelat voivat ylläpitää pysyvää sähkövirtaa käytännössä erittäin pitkään, koska resistanssi on nolla. Kuitenkin virrasta tehtävä työ vie energiaa pois virtapiiristä ja järjestelmän energiataseena kaikki on selitettävissä — ei synny uutta energiaa.
• Kvantarajalla esiintyvät fluktuaatiot voivat aiheuttaa hetkellisiä poikkeamia, mutta ne eivät mahdollista jatkuvaa nettopuolen työntuotantoa ilman ulkoista panosta.

Johtopäätös

Ikuinen liike on fysikaalisesti mahdoton siksi, että se rikkoo joko energian säilymislakia tai termodynamiikan entropialakia, tai vaatisi täydellistä häviöttömyyttä joka ei ole realistisesti saavutettavissa. Keksintöhuolet ja yritykset rakentaa “perpetuaalinen kone” ovat historiallisen mielenkiintoisia ja kannustavat tarkkaan energiataseiden ja häviöiden ymmärtämiseen, mutta kaikki toimivat koneet ja laitteet noudattavat samoja fysiikan lakeja. Tutkimus kannattaa suunnata energiatehokkuuden parantamiseen ja uusiutuviin energialähteisiin sen sijaan, että yritettäisiin kiertää perustavanlaatuisia luonnonlakeja.

Hae kirjaimella