永动机

永动机是一类所谓不需外界输入能源、能量或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械。历史上人们曾经热衷于研制各种类型的永动机，其中包括达芬奇、焦耳这样的学术大师。在热力学体系建立后，学界认定永动机相悖于热力学基本原理的设想，而将之从正统学术界中排除。然而永动机的研究者始终未曾间断。从一个侧面也可以认为，人类对永动机的热情以及制造永动机的种种实践，推动了热力学体系的建立和机械制造技术的进步。1775年法国科学院通过决议，宣布永不接受永动机。现在美国专利及商标局严禁将专利证书授予永动机类申请。2017年证实了时间晶体的存在，其原子运动无需任何外界能量来维持，符合“永动”的字面定义，但其能量在加入额外的能量前不可能被利用。如果时间晶体的熵不够高，晶体可能会四散成粒子，因为后者才有更高的熵值，虽然这可能需要很久的时间。第一类永动机是最古老的永动机概念，这一类永动机试图以机械的方法在不获取能源的前提下使体系持续地向外界输出能量。历史上最著名的第一类永动机是法国人亨内考在十三世纪提出的“魔轮”，魔轮通过安放在转轮上一系列可动的悬臂实现永动，向下行方向的悬臂在重力作用下会向下落下，远离转轮中心，使得下行方向力矩加大，而上行方向的悬臂在重力作用下靠近转轮中心，力矩减小，力矩的不平衡驱动魔轮的转动。十五世纪，著名学者达芬奇也曾经设计一个相同原理的类似装置，1667年曾有人将达芬奇的设计付诸实践，制造一部直径5米的庞大机械，但是这些装置经过试验均以失败告终。除了利用力矩变化的魔轮，还有利用浮力、水力等原理的永动机问世，但是经过试验，已确认这些永动机方案失败或仅只是骗局，无一成功。1842年荷兰科学家迈尔提出能量守恒和转化定律；1843年英国科学家詹姆斯·焦耳提出热力学第一定律，他们从理论上证明能够凭空制造能量的第一类永动机是不能实现的。热力学第一定律的表述方式之一就是：第一类永动机不可能实现。在热力学第一定律问世后，人们认识到能量是不能被凭空制造出来的，于是有人提出，设计一类装置，从海洋、大气乃至宇宙中吸取热能，并将这些热能作为驱动永动机转动和功输出的源头，这就是第二类永动机。历史上首个成型的第二类永动机装置是1881年美国人约翰·加姆吉（英语：John Gamgee）为美国海军设计的零发动机（Zeromoter），这一装置利用海水的热量将液氨汽化，推动机械运转。但是这一装置无法持续运转，因为汽化后的液氨在没有低温热源存在的条件下无法重新液化，因而不能完成循环。1820年代法国工程师尼古拉·卡诺设计一种工作于两个热源之间的理想热机——卡诺热机，卡诺热机从理论上证明热机的工作效率与两个热源的温差相关。德国人鲁道夫·克劳修斯和英国人开尔文在研究了卡诺循环和热力学第一定律后，提出了热力学第二定律。这一定律指出：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。热力学第二定律的提出宣判第二类永动机的无效，而这一定律的表述方式之一就是：第二类永动机不可能实现。历史上曾经有无数人痴迷于永动机的设计和制造，在热力学体系建立之前，这些人中既有科学家，也有希望借此成名发财的投机者，而热力学体系建立后，致力于永动机设计的除了希望打破现有科学体系的“民间科学家”外，更多的则是一些借永动机之名牟取钱财的骗子。历史上著名的永动机骗局有：