“Par brīvu” mīl visi

Ņemsim un atcerēsimies pašas vienkāršākās, no bērnības zināmās lietas: galdautu-pašklājēju, tepiķi-lidmašīnu vai zābakus-ātrgājējus. Kas viņiem kopīgs? Pirmais: visi tie neesksistē realitātē, tās ir pasaku lietas, kuras radījusi cilvēku iztēle. Otrs: galdauts-pašklājējs, tepiķis-lidmašīna, zābaki-ātrgājēji un daudzi citi pasakainie artefakti veic savu darbu ar kāda burvju spēka palīdzību. Dotais spēks ir vai nu jau sākotnēji ieslēgts šajos artefaktos, vai arī tam ir ārējs dzīvs avots (burvju līdaka, zelta zivtiņa, džins no trauka). Jebkurā gadījumā minētie artefakti darbojas par spīti visiem zināmiem fizikas likumiem un kādā nebūt nozīmē ir… mūžīgie dzinēji. Jau kaut vai tāpēc, ka viņu darbības princips, līdzvērtīgi kā mūžīgā dzinēja darbības princips, balstīts uz ne mazāku mūžīgo cilvēcisko vēlmi dabūt ko par brīvu.

Tajā nav nekā slikta – beigu beigās viss tehniskais process virzīts uz to, lai atvieglotu cilvēka dzīvi, bet mūžīgais dzinējs – tas ir tas pats tehniskā progresa ideāls, kurš tādēļ ir lielisks, ka nav sasniedzams. Kā nesasniedzami ir pasaku artefaktu esība kāda īpašumā.

Likums ir skarbs, bet tas ir likums

Atgādināsim. Mūžīgais dzinējs (latīniski perpetuum mobile – “mūžīgi kustošais”) – tas ir dzinējs, kurš ir spējīgs uz bezgalīgu darbu. Ir divu veidu tādu dzinēju. Pirmais izdod vairāk enerģijas nekā saņem no ārpuses. Otrais iemanās mūžīgi iegūt siltumenerģiju no apkārtējiem ķermeņiem.

Ja pavisam vienkārši, pirmā veida mūžīgais dzinējs – tas ir galdauts-pašklājējs, kurš ģenerē enerģiju (dotajā gadījumā ēdienu un dzērienus) no nekā. Bet otrā veida mūžīgais dzinējs – tā ir tējkanna, kura uzkarst esot uzstādīta uz ledus.

Pirmais pārkāpj pirmo termodinamikas likumu, kurš, savukārt, ir daļa no  kopējā enerģijas saglabāšanas likuma. Šis pamatlikums pauž, ka enerģija nevar parādīties no nekurienes un aiziet nekurienē. Tā vienmēr tiek ņemta no kaut kāda avota, pārtek no potenciālās uz kinētisko un saglabājas. Kas netic – atcerēsimies skolas fizikas kursu vai apgūstam to no jauna.

Otrais dzinējs pārkāpj, attiecīgi, otro termodinamikas likumu, kurš apgalvo: izolētā sistēmā kopējais enerģijas daudzums vai nu samazinās, vai paliek nemainīgs. Pie kam enerģija var tikt nodota tikai no karstākām sistēmas daļām uz vēsākām. Atgriezeniskā padeve – no vēsā un karsto – nav iespējama.

Fizikas likumi tāpēc jau ir likumi, ka nevar tikt pārkāpti ne pie kādiem apstākļiem. Tieši tāpēc vēl 1775.gadā Parīzes Karaliskā zinātņu akadēmija noteica nepieņemt izskatīšanai nevienu perpetuum mobile projektu, par cik to radīšana nav fiziski iespējama. Interesanti, tomēr, ka Starptautiskajā patentu klasifikācijā, kura tika radīta 1971.gadā, sadaļas priekš hidrotermiskiem un elektrodinamiskiem mūžīgajiem dzinējiem ir saglabātas. Acīmredzot, katram gadījumam.

Bija, ir un būs

Visticamāk, mēģinājumi izgudrot un izveidot mūžīgo dzinēju tika veikti kopš tiem pašiem laikiem, kad cilvēki izgudroja riteni ar sviru un saprata, ka kaut kāda darba veikšanai noder ne tikai muskuļu enerģija. Tomēr pirmais dokumentētais mūžīgā dzinēja izgudrošanas gadījums attiecas uz VIII gadsimtu. Tad Bavārijā pamēģināja uzbūvēt riteni, kuram vajadzēja griezties ar uz tā uzstādīto magnēta palīdzību, kurš bija uzstādīts zem riteņa. Protams, nekas nesanāca.

Bet lūk nākamo pēc laika mūžīgā dzinēja izgudrotāju mēs zinām. Tas ir indiešu matemātiķis un astronome Bhaskara II. 1150.gadā viņš uzrakstīja dzejoli, kurā aprakstīts ritenis, kurš mūžīgi kustas ar gar tā malām nostiprinātu šauru, līdz pusei piepildītu ar dzīvsudrabu trauku palīdzību. Vai vērts teikt, ka tāda riteņa nebūs?

Tālāk – vairāk. Jo plašāk soļoja tehniskais progress, jo biežāk mehāniķi-izgudrotāji mēģināja realizēt šo sapni – uzcelt strādājošo perpetuum mobile.

Visu laiku un tautu ģēnijs, Leonardo da Vinči, iztērēja ne mazums spēka un talanta mūžīgā dzinēja izgudrošanai. Ko tik viņš nemēģināja! Visu veidu riteņus, Arhimēda skrūvi, vilcējus, pārnesumus, ūdens atgrūdošo spēku, smaguma spēku… Nekas neizdevās. Beigu beigās lielais itālis matemātiski aprēķināja spēka momentus, kuri darbojās uz kārtējo riteni, un noteica, ka tie, kuriem jāgrūž riteni vienā virzienā, ir vienādi pretējam, kurš griež riteni uz citu pusi. Rezultātā rodas līdzsvars, un ritenis nekustās. Būtībā ar šiem izskaitļojumiem un secinājumiem Leonardo nonāca diezgan tuvu enerģijas nezūdamības likumam, kuru pirmo reizi 1842.gadā noformulēja vācu mediķis un dabaszinātnieks Juliuss Roberts fon Maijers. Tomēr Leonardo vienalga bija pirmais zinātnieks, kurš tieši uzrakstīja: “Es nonācu pie secinājuma par “mūžīgā riteņa” eksistēšanas neiespējamību. Mūžīgā dzinēja avota meklējumi – viens no pašiem dziļākajiem cilvēka maldiem”.

Protams, mūžīgā dzinēja izgudrotāju vidū atradās arī blēži, un pat visai veiksmīgi! Tā, vācietis Besslers, vairāk pazīstams kā Orfireuss, desmitgades jauca pasaules vareno galvas ar savu riteni, kurš it kā griezās mūžīgi. Un ne tikai griezās, bet arī pacēla svaru līdz 16 kg smagumā! Tas bija XVIII gadsimta pirmajā pusē, Orifireusa riteni turēja aizzīmogotā istabā ar apsardzi, taču pēc diviem mēnešiem tas turpināja griezties. Pat Pēteris I tik ļoti ieinteresējās par šo mehānikas “brīnumu”, ka gandrīz nenopirka izgudrojumu par 100 tūkstošiem jefimku (rubļu). Labi, ka laikus apdomājās. Izgudrotāja māņi atklājās pēc daudziem gadiem: izrādījās, ka riteni vilka speciāli nolīgti cilvēki ar veikli noslēptas virves palīdzību. Lai kā tur arī nebūtu, taču tieši neskaitāmie mēģinājumi izgudrot mūžīgo dzinēju arī noveda zinātniekus pie enerģijas nezūdamības likuma atklāšanas un abu termodinamikas likumu sākumpunkta.

Un ja nu?

Pats interesantākais, ka daži mēģinājumi radīt perpetuum mobile noveda pie rezultāta, kurš, pirmajā mirklī, likās kā šīs neatrisināmās problēmas risinājums!

Tā, jaunzēlandietis Artūrs Beverlijs (pulksteņmeistars, astronoms, matemātiķis) 1864.gadā radīja pulksteni, kurš iet… joprojām. Jā, to laiku pa laikam apstādina un tīra, taču pēc tam tas atkal iet. Tur ir eļļas rezervuārs, kurā peld svariņš. Atkarībā no atmosfēras spiediena un gaisa temperatūras eļļa vai nu paceļas vai nolaižas, bet svariņš iedarbina pulksteņa atsperi.

Šis ir tā saucamā iedomātā mūžīgā dzinēja piemērs, kurā enerģija ieplūst no apkārtējās pasaules. Tamlīdzīgi dzinēji var strādāt līdz tam laikam, kamēr nenolietosies pats mehānisms vai nemainīsies enerģijas pieplūdes nosacījumi. Tas ir, ļoti ilgi. Taču tomēr ne mūžīgi, un fizikas likumi pie kam netiek pārkāpti.

Ja runāt par mūsdienu izgudrojumiem, tad mēs jau reiz rakstījām par slaveno dzinēju EmDrive, kuru 1999.gada izgudroja britu inženieris Rodžers Šoiers. Šajā iekārtā, kura sastāv no asimetriska rezonatora un magnetora, vilce it kā rodas no elektromagnētiskām svārstībām rezonatora iekšienē, kas vispār pārkāpj enerģijas nezūdamības likumu un impulsa saglabāšanas likumu kā tādu. Ar šo dzinēju krāmējas vēl joprojām. Kāds saka, ka vilces mērījumi ir nekorekti, kāds mēģina izskaidrot radušos vilci ar maz zināmām vakuuma vai kvantu pasaules īpašībām. Lai kā tur arī nebūtu, var nešaubīties, ka arī EmDrive nepārkāpj fizikas likumus, bet ja ar tā palīdzību atklās kaut ko jaunu un noderīgu, jo labāk mums visiem.