Perpetuum mobile: Proč nedokážeme vyrobit nekonečno energie?

Fenomén perpetuum mobile fascinuje lidstvo už po staletí – minimálně od dob středověku. Představa dokonalého stroje, který by nepotřeboval vnější zdroj energie a sám sobě poskytoval energii na chod, je zakořeněna už v názvu: latinsky znamená perpetuum mobile „věčný pohyb“ či „stále se pohybující“. I přes množství neúspěchů napříč historií se lidé nevzdávají a podobná porušení fyzikálních zákonů stále hledají.

Neprůchozí zákony termodynamiky

Hlavní překážkou je termodynamika, tedy fyzikální disciplína zabývající se vztahy mezi různými formami energie. První zákon termodynamiky říká, že energie nemůže v izolovaném systému samovolně vznikat, ani zanikat – jedná se tedy o princip zachování energie. Jeden stroj tudíž nemůže vyprodukovat více energie, než kolik jí je do něj vloženo. A to je kámen úrazu většiny konceptů nekonečně fungujících strojů.

Ty totiž často vycházejí z principu věčně se pohybujícího kola, které už ve 12. století navrhl indický učenec Bháskara II. Představil kolo s paprsky, které by byly částečně naplněny rtutí. Jakmile by se kolo jednou dalo do pohybu, rtuť by se přelévala z jednoho paprsku do druhého s dostatečnou silou, aby kolo zůstalo v pohybu napořád. Takový stroj však v praxi nefunguje, neboť se vlastní vahou po čase zastaví – podobně jako kyvadlo. Mechanismy, které zdánlivě dokážou zúročit všechnu energii, jež je do nich vložena, obvykle beztak potřebují externí zdroj energie, a i pokud by tomu tak nebylo, je tu ještě druhý zákon termodynamiky.

Ten říká, že energie se kvůli procesům jako třeba tření postupně rozptyluje. V důsledku interakce jakýchkoli mechanických částí se vzduchem či tekutinami dochází k energetickým ztrátám, tedy unikání tepla. Tomuto procesu není možné zabránit a děje se i ve vakuu. Jinými slovy, i stroj, který dokáže zužitkovat maximum své energie, postupem času v produktivitě ochabuje kvůli nízkým, leč nepřestávajícím energetickým ztrátám.

Budoucnost perpetuum mobile

Tyto dva zákony termodynamiky zatím zlomily vaz veškerým pokusům o vytvoření skutečně funkčního stroje v duchu perpetuum mobile. Nelze vyloučit, že se postupným objevováním dalších a tajemnějších zákonitostí vesmíru (především v oblasti kvantové fyziky) podaří stávající termodynamické zákony redefinovat, ovšem zatím to tak nevypadá. V posledních letech se hovoří o takzvaných časových krystalech (time crystals), které na mikroskopické úrovni provádějí neustávající a opakovaný pohyb – a částečně tak splňují definici perpetua mobile. Bohužel tak však činí s nulovou energií, respektive v kvantovém základním stavu, a tak z těchto částic není možné získat žádnou energii. Před dekádou bychom si však nedokázali představit ani to…