เครื่องจักรนิรันดร์ คืออะไร?

[Banko]

เครื่องจักรนิรันดร์ (perpetual motion) มีความหมายตรงตามตัวอักษร คือ เครื่องจักรที่ทำงานตราบนิรันดร์ ทำงานได้ไปจนกัลปาวสาน ซึ่งอาจเป็นไปได้ในทางทฤษฎีตามกฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน แต่โดยทั่วไปคำนี้ใช้ในความหมายถึง อุปกรณ์หรือระบบที่สามารถผลิตพลังงานออกมามากกว่าพลังงานที่ได้รับเข้าไป ซึ่งเป็นหลักการที่ขัดกับกฎทรงพลังงาน ที่ว่า พลังงานไม่สามารถเกิดขึ้นใหม่หรือถูกทำลายลงไปได้ ดังนั้นเครื่องจักรนี้จึงไม่อาจเป็นไปได้ภายใต้กฎฟิสิกส์ แม้แต่เครื่องจักรนิรันดร์ในความหมายแรกก็ยังเป็นเพียงระบบทางกลที่สามารถทำงานได้ตลอดเวลาโดยยังคงต้องสูญเสียพลังงานไปจากแรงเสียดทานและแรงต้านของอากาศ

หลักการพื้นฐาน

หลักการของเครื่องจักรนิรันดร์จะขัดแย้งกับกฎข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกส์ หรือกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ หรืออาจขัดกับกฎทั้งสองข้อก็ได้ กฎข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกส์เป็นกฎการทรงพลังงาน ส่วนกฎข้อที่สองเป็นกฎว่าด้วยเอนโทรปีที่อธิบายได้หลายแบบ ข้อที่เป็นที่เข้าใจกันโดยง่ายคือ ความร้อนจะถ่ายเทจากที่ที่อุณหภูมิสูงไปสู่ที่ที่อุณหภูมิต่ำ อีกข้อคือเอนโทรปีมีแต่ทางจะเพิ่มขึ้น หรืออย่างน้อยก็คงเดิมเท่านั้น และไม่มีเครื่องจักรความร้อนใดจะมีประสิทธิภาพสูงกว่าเครื่องจักรความร้อนการ์โนต์ (เครื่องจักรความร้อน หมายถึงเครื่องจักรที่ทำงานโดยอาศัยความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิ) ดังนั้นเครื่องจักรใดๆ ที่ทำงานในระบบปิดจะไม่สามารถแปลงพลังงานความร้อนไปเป็นงานได้โดยที่มีอุณหภูมิแวดล้อมคงที่

เครื่องจักรที่มีหลักการขัดแย้งกับกฎทั้งสองข้อของเทอร์โมไดนามิกส์ โดยอ้างว่าสามารถสร้างพลังงานขึ้นจากแหล่งกำเนิดอันแปลกประหลาด มักถูกเรียกว่าเป็น เครื่องจักรนิรันดร์ แม้ว่ามันจะไม่ได้สอดคล้องกับความหมายแท้จริงของชื่อเลย ตัวอย่างเช่น เราอาจออกแบบนาฬิกาหรือเครื่องจักรที่ใช้พลังงานต่ำอย่างอื่น ให้ทำงานโดยอาศัยความกดอากาศหรืออุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างช่วงกลางวันกับกลางคืน เครื่องจักรนี้อาจมีแหล่งพลังงานก็จริง แต่แหล่งพลังงานที่ว่านั้นมีปริมาณไม่มากพอที่จะทำให้เกิดผลในทางปฏิบัติได้



ประเภทของเครื่องจักรนิรันดร์

โดยทั่วไปเครื่องจักรนิรันดร์สามารถแบ่งได้เป็นสองประเภทคือ

เครื่องจักรนิรันดร์ประเภทหนึ่ง (A perpetual motion machine of the first kind) คือเครื่องจักรที่สามารถผลิตพลังงานออกมามากกว่าพลังงานที่มันได้รับ และสามารถจ่ายพลังงานได้อย่างไม่จำกัด ดังนั้นเครื่องจักรประเภทนี้จึงฝ่าฝืนกฎทรงพลังงาน เพราะมันจะเป็นเครื่องที่มีค่าประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์มากกว่า 1.0 (ประสิทธิภาพมากกว่า 100%)

เครื่องจักรนิรันดร์ประเภทสอง (A perpetual motion machine of the second kind) คือเครื่องจักรที่สามารถแปลงพลังงานความร้อนไปเป็นพลังงานกลได้ทันทีโดยธรรมชาติ เครื่องจักรประเภทนี้อาจไม่ฝ่าฝืนกฎทรงพลังงานก็ได้ เพราะพลังงานความร้อนอาจมีค่าเท่ากับงานที่เกิด อย่างไรก็ดีมันยังฝ่าฝืนกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ (ดูเพิ่มที่ เอนโทรปี) พึงสังเกตว่าเครื่องจักรที่ว่านี้จะแตกต่างกับเครื่องจักรความร้อน (เช่นเครื่องรถยนต์) ซึ่งจะเกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อนจากที่อุณหภูมิสูงไปสู่ที่อุณหภูมิต่ำ และทำให้ที่อุณหภูมิต่ำมีความร้อนมากขึ้น ลักษณะสำคัญของเครื่องจักรนิรันดร์ในประเภทนี้คือ จะมีภาวะความร้อนเกี่ยวข้องเพียงภาวะเดียว ที่มีความเย็นตลอดเวลาโดยไม่มีการถ่ายเทความร้อนออกไปสู่ภาวะที่เย็นกว่าในที่ใดๆ เลย การแปรรูปความร้อนไปเป็นงานในลักษณะนี้โดยไม่มีผลข้างเคียง เป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้ตามกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์