เครื่องจักรนิรันดร์

เครื่องจักรนิรันดร์ (อังกฤษ: 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

1. เครื่องจักรนิรันดร์ประเภทหนึ่ง (A perpetual motion machine of the first kind) คือเครื่องจักรที่สามารถผลิตพลังงานออกมามากกว่าพลังงานที่มันได้รับ และสามารถจ่ายพลังงานได้อย่างไม่จำกัด ดังนั้นเครื่องจักรประเภทนี้จึงฝ่าฝืนกฎทรงพลังงาน เพราะมันจะเป็นเครื่องที่มีค่าประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์มากกว่า 1.0 (ประสิทธิภาพมากกว่า 100%)
2. 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

ประวัติการสร้าง

มีผู้พยายามสร้างเครื่องจักรนิรันดร์มานานแล้ว ย้อนหลังไปได้ไกลถึงคริสต์ศตวรรษที่ 12 โดยผู้สร้างต่างตั้งชื่อให้แก่เครื่องจักรของตนต่างๆ กันไป เช่น "free energy" (พลังงานฟรี) และ "over unity" (ประสิทธิภาพเกินร้อย) เป็นต้น บันทึกอ้างอิงที่เก่าแก่ที่สุดคือ ปี ค.ศ. 1150 ซึ่งนักคณิตศาสตร์-ดาราศาสตร์ชาวอินเดีย ชื่อภาสกรที่ 2 บรรยายถึงลูกล้อที่เขาอ้างว่าสามารถหมุนไปได้ตลอดกาล หลังจากนั้นมีนักประดิษฐ์มากมายที่พยายามนำเสนอแนวคิดในการสร้างเครื่องจักรนิรันดร์ ซึ่งทั้งหมดเป็นได้เพียงการคำนวณในกระดาษ จนในปี ค.ศ. 1775 Royal Academy of Sciences แห่งกรุงปารีสต้องออกประกาศว่า ทางสถาบันจะไม่รับบทความที่เกี่ยวข้องกับเครื่องจักรนิรันดร์อีก

การประดิษฐ์เครื่องจักรนิรันดร์มักเป็นงานอดิเรกของนักวิทยาศาสตร์สติเฟื่อง งานออกแบบเครื่องจักรจะดูน่าเชื่อถือเมื่อแรกเห็นราวกับสามารถเป็นไปได้จริง แต่ส่วนใหญ่จะมีข้อผิดพลาดปรากฏทั่วไปและมักมีแหล่งกำเนิดพลังงานอันแปลกประหลาดมาเกี่ยวข้องเสมอ ซึ่งทำให้ผลงานดังกล่าวไม่สามารถเรียกว่าเป็น "การประดิษฐ์" ได้

สิทธิบัตร

การประดิษฐ์เครื่องจักรที่ไม่สามารถทำงานได้จริงเกิดขึ้นมากจนสำนักสิทธิบัตรและเครื่องหมายการค้าแห่งประเทศสหรัฐอเมริกา (United States Patent and Trademark Office : USPTO) ต้องประกาศเป็นนโยบายให้ปฏิเสธการออกสิทธิบัตรแก่สิ่งประดิษฐ์ประเภทเครื่องจักรนิรันดร์ที่ไม่มีเครื่องต้นแบบประกอบ เหตุผลข้อหนึ่งในการออกนโยบายนี้ คือ มีนักประดิษฐ์จำนวนหนึ่งอาศัยใบสิทธิบัตรไปใช้โน้มน้าวเหล่านักลงทุนผู้ไม่มีความรู้ ว่าเครื่องจักรที่เขาออกแบบนั้นได้รับการรับรองจากสำนักสิทธิบัตรแล้ว

อย่างไรก็ดี USPTO ก็ได้ออกสิทธิบัตรให้แก่การประดิษฐ์เครื่องยนต์จำนวนหนึ่งซึ่งอ้างว่าสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องใช้พลังงาน สิ่งประดิษฐ์เหล่านั้นได้สิทธิบัตรเนื่องจากความไม่ชัดเจนว่ามันเป็นเครื่องจักรนิรันดร์หรือไม่

สำนักสิทธิบัตรในประเทศอื่นๆ ก็มีนโยบายคล้ายกันนี้ เช่น สำนักสิทธิบัตรของสหราชอาณาจักร (UKPO) ได้ระบุในคู่มือ หมวด 4.05 ว่า

Processes or articles alleged to operate in a manner which is clearly contrary to well-established physical laws, such as perpetual motion machines, are regarded as not having industrial application.

(กระบวนการหรือบทความใดๆ ที่อ้างถึงการทำงานในลักษณะที่เห็นชัดว่าขัดแย้งกับกฎทางฟิสิกส์ซึ่งเป็นที่ยอมรับทั่วไป ดังเช่นเครื่องจักรนิรันดร์ จะไม่ได้รับการรับรองเชิงอุตสาหกรรม)

อ้างอิง

1. General Information Concerning Patents 2008-02-02 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน, United States Patent and Trademark Office
2. USPTO issues anti-gravity patent
3. http://www.patent.gov.uk/practice-sec-004.pdf

แหล่งข้อมูลอื่น

• The Museum of Unworkable Devices
• Donald Simanek's History of Perpetual Motion Machines
• Kevin Kilty's perpetual motion page