永动机能在高维度实现吗（人类对永动机的研究）

1917年4月15日,美国专利局发布了一则声明,宣布此后不再接受任何关于永动机的专利注册。自此,自13世纪以来在欧美活跃了近700年的永动机研制热潮,被主流科学界正式签署了死刑判决书。此后,世界各地虽然仍有人不信邪,致力于此项研究,但都只能被归入奇闻的行列了。

永动机,一种既不需要消耗能量也能永远对外做功或保持运转的机器。根据原理的不同,又可以分为违反热力学第一定律,幻想凭空制造能量的第一类永动机,以及违反热力学第二定律,幻想从自然界的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转变为机械能的第二类永动机。但无论哪一种,在今天看来,这类机械都因为违反了物理学上的基础法则而不可能制成。不过,在欧洲历史上,这类梦幻般的机械曾经耗费了无数聪明的大脑去思考。

比如文艺复兴时代著名的艺术家、机械学家达·芬奇,就曾经沉迷于研制永动机。他曾经发明一种机械,试图利用杠杆原理和力矩的变换让机械持续运转。

不过,这个设计虽然看似精妙,但搬到现实中却无法运转。好在达·芬奇毕竟绝顶聪明,几次实验失败后,他虽然没有因此得出热力学第一定律,但却预感到永动机无法制成。觉醒后的达·芬奇还亲自写信,奉劝同道中人“不要在这项必然失败的工作上白白浪费您宝贵的精力”。

不过,欧洲人对永动机700多年的研究真的如达·芬奇所言是“白白浪费”了吗?是,但又不是。以个体而言,那些倾注毕生心血研究永动机的人确实白白地浪费了自己的生命,不少豪门贵族甚至为此倾家荡产。但从欧洲科学的整体发展来看,至少在19世纪以前,很多对永动机的研究其实是有价值的。比如在机械学上,如今在机械中被广泛应用的棘轮机构、滚珠轴承等零件,最初都出现在对永动机的设计上。为了设计这种梦幻般的机械,发明者们的想象力被极大地激发出来,产生了这一系列有价值的“副产品”。从这一点上说,永动机之于机械学,就像炼金术之于化学——它们本身虽然并非科学,但却最终滋养了科学。

而对于物理学理论来说,永动机的一次次失败,为学者们发现众多的原理提供了契机——虹吸原理、毛细现象等等都是在永动机的失败中第一次引起了研究者的注意。当然,人类在这项永远失败的研究中发现的最宝贵的定理,非热力学第一、第二定律莫属。前者(能量守恒)让欧洲人率先意识到了能量和有效利用能量的重要性,塑造了他们属于工业革命时代的群体意识,后者(熵恒增)则更影响了近代人类的宇宙观,对人文领域也产生了影响。有那么一句话说得好:“一个学文科的人不知道熵恒增,就像一个学理科的人不知道莎士比亚一样会被人笑话。”而这两条改变世界的定理,都是因永动机的一再失败而得出的。

说了这么多,有一个问题不得不提,为何只有欧洲人开了永动机这个脑洞呢?的确,永动机的最初设想产生于古印度,从地理上讲,这个思想传播到中国并不比传播到欧洲更难。但非常可惜的是,古代中国几乎没有任何关于研究永动机的记载,务实的中国人似乎一眼看穿了这项研究的徒劳,当然也同时丧失了从中发现宝贵副产品的机会。

有种观点认为,欧洲人对永动机独特的狂热,其实也与其宗教有关。早期永动机的研究者们除了出于功利目的,更想通过该研究证明上帝的存在——上帝既然能创造永恒运转的宇宙,那么人类也能创造永恒运转的永动机。

对永动机的幻想,对宗教的狂热,这些理念显然违背科学,但从这些谬误的土壤中,最终结出了繁盛的科学之果。这就是科技史的神奇之处——我们犯过的错误,有时比正确更加宝贵,重要的是,你要敢于思考。

齐鲁晚报·齐鲁壹点 记者 王昱

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