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人类与“永动机”的千年恩怨:木鸢、木牛流马、魔轮......

时间:2020-05-14 17:41来源:未知 作者:admin 点击:

《墨子·鲁问》记载着一个故事“公输子削竹木以为鹊,成而飞之,三日不下,公输子自以为至巧。”

传说我国著名的工匠鲁班发明了一只可以飞三天的木鸢,甚至另有说法称,这种木鸢可以载人飞行到很远的地方。即使是现在,如果没有电池、燃油等动力,这也令人难以置信。可惜的是,鲁班的神秘设计没有保存下来,大多数人相信这不过是一面木头风筝。

鲁班雕像,传说他发明的木鸢可以载人飞行…...丨wiki

《三国志·诸葛亮传》记载“建兴九年,亮复出祁山,以木牛运,粮尽退军;十二年春,亮悉大众由斜谷出,以流马运,据武功五丈原,与司马宣王对于渭南。”

诸葛丞相造木牛流马的故事更加广为人知,据称“每牛载十人所食一月之粮,人不大劳,牛不饮食。”后来的《三国演义》则描述得更为神乎其神,号称木牛流马可以不用人力,自行走动,并且还有暗锁功能。

《三国志》、《三国演义》等书中都有制造木牛流马的具体方法,但动力来自哪里没有详细说明。据记载,后来刘宋朝的祖冲之还复制出了木牛流马,但同样没有留下资料和绘图。人们只能根据自己的想象来揣测这一逆天黑科技了,大多数人倾向于相信,诸葛亮制造出的不过是独轮车,经过后世的传说添油加醋一番,才变成了《三国演义》里的那副模样。

电视剧《新三国》里选择相信这不过是一种独轮车。丨爱奇艺

无关民族主义,为何现代人不相信鲁班木鸢和木牛流马的存在?因为我们会质疑它们的动力来自哪里呢?

是啊,自古以来,工匠们绞尽脑汁,用他们的智慧不断改进手里的材料,让机械更加有力,从而使得我们的生活更加便利!如果能制造出一种不需外力就可以自动运转的机械,那简直可以解放全人类了,一大批智者对此心驰神往,前赴后继,这种机械被称为“永动机”!

“永动机”的准确定义在历史上有过多次变迁,回顾这段历史,从古老简单的机械到如今各种各样的新式能源,简直难以置信。可以想象,如果将一台电扇展示在古人面前,一定会让他们惊呆到下巴坠地。然而,从现在的角度来看,电扇当然不能算作永动机,它必须通电才能转动,真正的永动机不需要能量输入。

“永动机”在科学史上背负了太多的骂名,从现代人的角度去看,这段历史笑点颇多。这里不乏有愚者甚至骗子,但必须指出,大部分“永动机”追求者的本心都是积极的,他们绞尽脑汁,试图改进工艺,提升机械效率,如同试图“盗取”能量的“宇宙大盗”。从这个意义上来说,我们必须向这些人类文明的先驱致敬!

(设计台词)人类老爹,借点能量啦!上帝送你三个字,想——的——美!丨wiki

关于永动机的最初构想

12世纪的印度有一个叫做婆什迦罗的人,他既是数学家,又是天文学家,据称,他比牛顿、莱布尼茨早5个世纪就提出了微积分的构想。除此以外,他还构造出了一个“婆什迦罗轮”,号称可以永远转下去,这是最早的关于“永动机”的记载。

最早的“魔轮”由印度人制造丨wiki

这个奇异的装置在13世纪传到欧洲,法国匠人奥内库尔的手稿里记录了一种“魔轮”的装置。由于这玩意摩擦力很小,于是后来就被应用在浑天仪上了。

“魔轮”貌似可以永远运动,但却不是传说中的永动机。永动机必须能够对外输出能量,也就是我们说的“做功”。如果“魔轮”中间的轴承以及装置各物体之间的摩擦力足够小,这个轮子确实可以转很久,但却无法向外输出一丁点能量。

欧洲最早的魔轮丨wiki

达芬奇堪称西方历史上的一位全才,绘画、工程学、建筑学、天文学、解剖学、几何学、数学、物理学、动力学样样精通。传说中,直升机、滑翔机、缝纫机等划时代的发明,都被登记在他的账下。他还留下了不可计数的机械制图,都是些极其灵巧的机械。他对能够“免费”获得能量的“永动机”也是心驰神往。谁知道,迎接他的只有一次又一次失败,这让达芬奇终于心灰意冷“哦!你们这些永动机的追求者,你们纠缠于多少虚无的幻想?去吧,找炼金术士去吧!”(当时的炼金术更加玄幻……)

达芬奇研究各种永动机的手稿丨youtube

达芬奇的感叹并没有浇灭工匠们对“永动机”的追求,一波又一波的匠人甚至科学家都试图通过改进“魔轮”,从而得到永恒的“免费”能量。

比如下面这种,看似有点道理,右边的摆锤力臂更长,似乎可以带动轮子。但仔细研究一番,就不难理解,左边的摆锤虽然力臂短,但是明显数量更多,加权一下,综合力矩恰好一样。所以,在不受外力驱动下,这种魔轮根本不会自发转动起来。即使给了它一个最初的驱动力,之后也许可以转动很长时间,但由于空气阻力和轴承转动遇到的阻力,最终它还是会停下来。

图丨wiki

其他还有各种各样的改进版“魔轮”,都换汤不换药。

图片youtube

早期“永动机”的探索者里还包括大科学家波义尔,他发明了一个“永恒的高脚酒杯”,试图用水的重力驱动水通过酒杯和管道进行无限的流动循环,如下图。显然,这是徒劳的尝试,就连现在的初中生也会明白,水最终会停下来,像在U型管里一样,两边高度一致。

图片youtube

英国博物学家福鲁德发明了一种水轮机,号称可以自发将水从低处运到高处。仔细分析一番就知道,这就是很多年前发明出来的“阿基米德螺旋”,不靠能量输入显然无法完成抽水。

罗伯特·弗洛德1618年发明的“水螺旋”永动机

上两图为阿基米德螺旋的原理,你认为它不需要能量输入吗?丨wiki

这个时代里,永动机的集大成者当属德国人贝斯勒,他一生中共发明了300多种永动机。

1712年,贝斯勒在莱比锡附近的一个村庄建造了一个2米多高的“自动轮”,据说可以提起18千克的重物。这项发明还惊动了著名数学家莱布尼茨、约翰·伯努利和哲学家克里斯蒂安·沃尔夫,这些大牛纷纷资助贝斯勒,让他继续造出更大的轮子。黑森卡塞尔城邦的卡尔王子也被成功忽悠,贝斯勒被任命为商业顾问,王子还让他在维森施坦城堡里一边居住一边继续改进轮子。于是,更大的轮子被建造起来,足有3.7米高。

永动机的集大成者贝斯勒丨wiki

卡尔王子也不是个傻子,他叫了一大波科学家过来鉴定,当然贝斯勒也并非善类,他以防止别人窃取他的发明为由,只允许科学家们在窗外观看,科学家们确实看到了大轮子在转。贝斯勒又把房间的门窗紧闭,贴上封条,让科学家们两周后再来看,结果发现轮子确实仍然在转,但这又能说明什么问题呢?贝斯勒这回倒是更有信心,开价20000英镑,出售他轮子的秘密。

莱布尼茨甚至帮忙给彼得大帝的私人医生写信,介绍贝斯勒是他的好朋友,他的大轮子是一项了不起的发明。彼得大帝对此很感兴趣,让荷兰数学家格雷夫森德去帮他鉴定一下。格雷夫森德围着轮子转了半天,发现没有什么办法可以把能量从外面传送到轮轴上,这时候,贝斯勒大怒,竟然当着数学家的面将自己的轮子给砸了,并指责对方“你不按套路办事啊,竟然没付钱就想破解我的商业机密。”

就后来的物理学家分析,贝斯勒的大轮子不过是和“魔轮”类似的“超平衡轮”,通过精巧的设计确实可以让它转很长时间,但却无法对外输出能量。

看看吧,古今骗子的风格都差不多。

贝斯勒的“大轮子”丨wiki

磁学永动机的救命稻草

进入18世纪,对磁学的研究成为一门时尚,磁铁之间存在着一种神秘(在当时)的超距作用。这让“永动机”的研究者们找到了救命稻草,能否通过磁性达到永动的目的呢?

下图就是一种磁铁“永动机”,只不过他们忘了磁铁之间的吸引力也是力,符合牛顿第三定律。如果这种方式可以驱动的话,那还不如让人坐在车上,不断锤击自己,就可以把车开走了。

民科风…...丨youtube

又有人说“能不能搞点有技术含量的?”于是他们用磁铁改进了“魔轮”,如下图

磁铁版魔轮…...丨youtube

还有人想,何必如此麻烦,用磁铁将铁球吸到高处,然后铁球再由于地球引力吸引而落下来,不就可以做功了吗?如下图。

这种装置可以成功吗?丨youtube

这个装置极其简单,自己在家都可以做一下,结果很简单,小铁球一开始会被磁铁吸住,经过足够长的时间,磁铁的磁力耗尽,小球最终落下。

这个想法很好…...丨youtube

总之,到了18世纪末,一次又一次的失败让大多数明眼人已经看出,我们的宇宙似乎有这么一道无形的障碍,保护这宇宙造物主的财(neng)富(liang),任凭我们穷尽智慧,也无法突破这道屏障,盗取宇宙奥秘。

1775年,法国皇家科学院宣布,今后不再受理关于永动机的申请。

本文经授权转载自中科院官方科普平台科学大院(kexuedayuan),如需二次转载请联系原作者

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