Кіріспе
Сыртқы энергиясыз үздіксіз жұмыс істеу.
[Сурет:WaterScrewPerpetualMotion.png|thumb|right|250px|Роберт Фладдтың 1618 жылғы "су бұрандасы" – 1660 жылғы ағашқа оюдан жасалған мәңгі қозғалыс машинасы. Бұл мұндай құрылғыны сипаттаудың алғашқы әрекеті деп кеңінен танылады. Машина жұмыс істемесе де, идеясы жоғарыдағы резервуардан су су дөңгелегін айналдырады (төменгі сол жақта), бұл күрделі тізбекті қозғалтқыштар мен біліктерді айдайды, олар ақыр соңында Архимед бұрандасын (төменгі ортадан оң жаққа қарай) айналдырады, суды резервуарға қайта толтыру үшін. Су дөңгелегінің айналу қозғалысы екі ұнтақ дөңгелегін (оң жақ төменгі жағында) қозғалтады және оларды майлау үшін жеткілікті артық суды қамтамасыз етеді. Термодинамиканың бұл заңдары жүйенің көлеміне қарамастан қолданылады. Мысалы, планеталар сияқты аспан денелерінің қозғалысы мен айналуы мәңгілік болып көрінуі мүмкін, бірақ шын мәнінде олардың кинетикалық энергиясын баяу таратып жатқан көптеген процестерге, мысалы, күн желінің, жұлдыздар аралық ортаның кедергісіне, гравитациялық сәулелену мен жылу сәулеленуіне ұшырайды, сондықтан олар мәңгі қозғала бермейді. Осылайша, энергияны шекті көздерден алатын машиналар мәңгі жұмыс істей алмайды, өйткені олар энергия көзінде сақталған энергияға негізделеді, ол ақыр соңында таусылады. Бұған мысал ретінде мұхит ағымдарымен жұмыс істейтін құрылғыларды келтіруге болады, олардың энергиясы ақыр соңында күннен алынады, ал күннің өзі де күйіп кетеді. 2016 жылы заттың жаңа күйлері – уақыт кристалдары табылды, онда микроскоптық масштабта құрамдас атомдар үздіксіз қайталанатын қозғалыста болады, осылайша "мәңгілік қозғалыс" сөзбе-сөз анықтамасын қанағаттандырады. Алайда, бұл дәстүрлі мағынада мәңгілік қозғалыс машиналары болып табылмайды және термодинамикалық заңды бұзбайды, өйткені олар кванттық негізгі күйде болады, сондықтан олардан энергия алу мүмкін емес; олар энергиясыз қозғалыс көрсетеді.
Тарих
Мәңгілік қозғалыс машиналарының тарихы орта ғасырларға дейін жетеді. Мыңжылдықтар бойы мәңгілік қозғалыс құрылғыларының мүмкін екендігі немесе мүмкін емес екендігі белгісіз болды, термодинамиканың қазіргі заманғы теорияларының дамуы олардың мүмкін еместігін көрсеткенше. Осыған қарамастан, мұндай машиналарды жасауға көптеген тыраштандырулар жасалды, және олар қазіргі күнге дейін жалғасуда. Қазіргі заманғы ойластырушылар мен жақтастары өз өнертабыстарын сипаттау үшін "бірліктен артық" сияқты басқа терминдерді жиі пайдаланады.
Мәңгі қозғалатын машиналар
Мәңгілік қозғалыс машинасы тек дискретті параметрлері бар шекті, оқшауланған жүйеде ғана анықталуы мүмкін, бірақ нақты оқшауланған жүйелер жоқ (басқа нәрселермен қатар, кванттық белгісіздікке байланысты). Сондықтан, осы мақала контекстінде "мәңгілік қозғалыс" терминін "мәңгілік қозғалыс машинасы" деп атау дұрыс, себебі машина – "белгілі бір нәтиже алу үшін энергияны, көбінесе қозғалыс немесе электр энергиясы түрінде бағыттап, басқаратын құрылғы", ал "қозғалыс" – қарапайым қозғалыс (мысалы, Браун қозғалысы). Бұл екеуінің айырмашылығын ескере отырып, макро деңгейде "мәңгілік қозғалыс" тұжырымдамалары мен техникалық жобалар кездеседі, бірақ оларды талдағанда, олардың қандай да бір табиғи ресурсты немесе жасырын энергияны ("тұтынуы" анықталады, мысалы, судың немесе басқа сұйықтықтардың фазалық өзгерістері, немесе табиғи температураның шағын градиенттері), немесе ұзақ мерзімді жұмыс істеуге қабілетсіз екені белгілі болады. Қорытындысы, осы құрылғылардан жұмыс алуға болмайды.
Төмен сүргіш
Әуе доңғалағының энергиясын сақтауда, "қазіргі заманғы доңғалақтардың жүктемесіз тоқтау уақыты жылдармен өлшенуі мүмкін". Бір рет айналымға келгеннен кейін, ғарыш кеңістігінің вакуумындағы денелер – жұлдыздар, қара саңылаулар, планеталар, айлар, тұрақталған спутниктер және т.б. – энергияны өте баяу жоғалтады, бұл оларға ұзақ мерзімге айналуға мүмкіндік береді. Жердегі толқындар Жер-Ай жүйесінің гравитациялық энергиясын шамамен 3,75 тераватт жылдамдықпен таратып жатыр. Кейбір кванттық механикалық жүйелерде (мысалы, суперсұйықтық және суперөткізгіштік) өте төмен үйкеліспен қозғалыс мүмкін. Дегенмен, жүйе тепе-теңдік күйіне жеткенде қозғалыс тоқтатылады (мысалы, барлық сұйық гелий бір деңгейге жетеді). Сол сияқты, энтропияны кері қайтару сияқты көрінетін эффектілер, мысалы, суперсұйықтықтың ыдыс қабырғаларына өрлеуі, қалыпты капиллярлық әрекет арқылы жұмыс істейді.
Ой эксперименттері
Кейбір жағдайларда ой-эксперимент мәңгілік қозғалыс физикалық процестер арқылы мүмкін екенін көрсетеді. Дегенмен, барлық жағдайларда, қатысты физиканың барлық аспектілері ескерілген кезде ол процесте қате табылды. Мысалдар:
Максвелл демоны: Бұл бастапқыда термодинамиканың екінші заңы тек статистикалық тұрғыдан ғана қолданылатынын көрсету үшін ұсынылды, энергетикалық молекулаларды таңдап, олардың энергиясын алуға қабілетті "демон" болжамы арқылы. Кейінгі талдаулар (және тәжірибелер) көрсеткендей, энтропияның жалпы өсуіне әкелмейтін мұндай жүйені физикалық тұрғыда іске асырудың жолы жоқ. Браундық храповик: Бұл ой-экспериментте, храповикке қосылған дөңгелекті көзге елестетеміз. Браундық қозғалыс газ молекулаларын дөңгелектің қанаттарына соқтығыстырады, бірақ храповик оның тек бір бағытта айналуына мүмкіндік береді. Күрделірек талдау көрсеткендей, физикалық храповик осы молекулалық деңгейде қарастырылғанда, Браундық қозғалыс храповикке де әсер етеді және оның кездейсоқ істен шығуына себеп болады, нәтижесінде жалқы пайда болмайды. Осылайша, бұл құрылғы термодинамика заңдарын бұзбайды. Вакуумдық энергия және нөлдік нүктелік энергия: Виртуалды бөлшектер және Казимир эффектісі сияқты құбылыстарды түсіндіру үшін кванттық физиканың көптеген тұжырымдамалары бос кеңістікті толтыратын, вакуумдық немесе нөлдік нүктелік энергия деп аталатын фонолық энергияны қамтиды. Пайдалы жұмыс үшін нөлдік нүктелік энергияны пайдалану мүмкіндігі ғылыми қауымдастық тарапынан псевдонауқа жатқызылады. Ғалымдар нөлдік нүктелік энергиядан пайдалы жұмыс алудың әртүрлі әдістерін ұсынды, бірақ олардың ешқайсысы тиімді емес деп табылған, нөлдік нүктелік энергияны алу туралы ешқандай талап ғылыми қауымдастық тарапынан расталмады және нөлдік нүктелік энергияны энергия сақталу заңын бұза отырып пайдалануға болатынына ешқандай дәлел жоқ. Эллипсоидтық парадокс: Бұл парадокс А және В нүктелерінде екі қара дене бар, жақсы жарық шағылыстыратын қуысты қарастырады. Шағылыстыратын бет екі эллипстік бөлімнен (E1 және E2) және сфералық бөлімнен (S) тұрады, ал А және В денелері екі эллипстің ортақ фокустарында орналасқан, ал В – S-тің ортасында. Бұл конфигурация В нүктесіндегі қара дененің А нүктесіндегі қара денеге қарағанда қызып кетуіне мүмкіндік береді: А нүктесіндегі қара денеден шыққан сәулелер В нүктесіндегі қара денеге түсіп, сіңіріледі. Сол сияқты, В нүктесінен шыққан және E1 және E2 нүктелеріне түсетін сәулелер А нүктесіне шағылысады. Дегенмен, В нүктесінен шыққан сәулелердің көп бөлігі S-ке түсіп, В нүктесіне кері қайтарылады. Бұл парадокс қара денелердің нақты емес, нүктелік емес екені ескерілген кезде шешіледі.
Maxwell's demon: This was originally proposed to show that the second law of thermodynamics applied in the statistical sense only, by postulating a "demon" that could select energetic molecules and extract their energy. Subsequent analysis (and experiment) have shown there is no way to physically implement such a system that does not result in an overall increase in entropy. Brownian ratchet: In this thought experiment, one imagines a paddle wheel connected to a ratchet. Brownian motion would cause surrounding gas molecules to strike the paddles, but the ratchet would only allow it to turn in one direction. A more thorough analysis showed that when a physical ratchet was considered at this molecular scale, Brownian motion would also affect the ratchet and cause it to randomly fail resulting in no net gain. Thus, the device would not violate the laws of thermodynamics. Vacuum energy and zero point energy: In order to explain effects such as virtual particles and the Casimir effect, many formulations of quantum physics include a background energy which pervades empty space, known as vacuum or zero point energy. The ability to harness zero point energy for useful work is considered pseudoscience by the scientific community at large. Inventors have proposed various methods for extracting useful work from zero point energy, but none have been found to be viable, no claims for extraction of zero point energy have ever been validated by the scientific community, and there is no evidence that zero point energy can be used in violation of conservation of energy. Ellipsoid paradox: This paradox considers a perfectly reflecting cavity with two black bodies at points A and B. The reflecting surface is composed of two elliptical sections E1 and E2 and a spherical section S, and the bodies at A and B are located at the joint foci of the two ellipses and B is at the center of S. This configuration is such that apparently black body at B heat up relative to A: the radiation originating from the blackbody at A will land on and be absorbed by the blackbody at B. Similarly, rays originating from point B that land on E1 and E2 will be reflected to A. However, a significant proportion of rays that start from B will land on S will be reflected back to B. This paradox is solved when the black bodies' finite sizes are considered instead of punctual black bodies.
Құрлық теориясы
Псевдонауыл ретінде есепке алынса да, мәңгілік қозғалыс машиналары қалыс қалдырылғандықтан, арзан энергия өндіре алатын қуат көзі қолжетімді болған жағдайда экономикалық бақылауын жоғалтарды деген күдікпен корпорациялар немесе үкіметтер тарапынан жасырынып отыр деген қастандық теорияларының назарына түсті.