第三章 三等不可思議 14.永動機

理論被接受要經歷四個階段:

i.這是沒用的廢話;

ii.這很有趣,但是不合理;

iii.這是真的,伹無足輕重;

iv.我一直都這麼說。

——J.B.S.哈爾登(J.B.S.Haldane),1963

在艾薩克·阿西莫夫的經典小說《眾神自己》(The Gods Themselves)中,一位2070年的無名化學家偶然得出了有史以來最偉大的發現:電子泵,它可以憑空生產出無限量的能量。其影響是立竿見影的,也是深遠的,他被譽為有史以來最偉大的科學家,因為他滿足了文明對能源無法遏制的渴求。「這是全世界的聖誕老人和阿拉丁神燈。」阿西莫夫寫道。他組建的公司很快成為地球上最有錢的公司之一,使石油、天然氣、煤和核工業消失大吉。

世界被免費的能源所淹沒,文明沉醉於這一新發現的能源。當人人都在慶賀這一偉大成就時,一位孤獨的物理學家卻感到憂慮。「這所有的免費能源是打哪兒來的呢?」他問自己,最終他揭開了秘密。免費的能源是付出可怕的代價才產生的,這些能源來自一個太空中的洞,它將我們的宇宙與一個平行宇宙相連接,能量突然湧入我們的宇宙引起了連鎖反應,將最終毀滅星體和星系們,把太陽變成超新星,並且由此毀滅地球。

自有史以來,傳說中的「永動機」一直是發明家、科學家以及江湖術士和職業騙子們的神聖夢想——一台永遠運行而不損失任何能量的裝置,更強的版本則是一台創造能量比其消耗能量更多的裝置,比如電子泵,它會創造免費的、無限的能量。

在未來的歲月中,隨著我們的工業化世界逐漸把石油用盡,尋找大量新興清潔能源的壓力將會出現。飛漲的燃氣價格、不斷下降的產量、愈演愈烈的污染以及大氣變化——都加劇著對能源全新的、強烈的需求。

如今,一些科學家利用對於製造無限量免費能源的關注,想將他們的發明以數億美元的價格出售。許多發明家被財經媒體嘩眾取寵的斷言所誘惑,周期性地爭相做這樣的事情,那些斷言常常將這些異端者吹捧成下一個愛迪生。

永動機的風行流傳甚廣。在《辛普森一家》(The Simpson)題為《PTA的散夥》(The PTA Disbands)的一集中,麗莎(Lisa)在一次教師罷工期間製造了她自己的永動機。這使得霍默(Horner)莊嚴宣佈道:「麗莎,上這兒來……在這個房間里我們遵守熱力學定律!」

在電腦遊戲《模擬人生》(The Siras)、《異度傳說》(Xenosaga)I、II和《創世紀VI:虛偽先知》(Uhima VI : The False Prophet),以及尼克國際兒童頻道(Nickelodeon)的節目《侵略者Zim》(Invader Zim)中,永動機在劇情中佔據了醒目的位置。

但如果能源如此寶貴,那麼我們製造出一台永動機的可能性有多少呢?這樣的裝置確實不可能實現嗎?又或者,它們的誕生會修正物理學定律嗎?

對文明而言,能源必不可少。事實上,人類的全部歷史都可以使用能源這面透鏡觀看。對於99.9%的人類存在而言,原始社會就是流浪、掙扎在食物的匱乏和狩獵之中。生命是殘酷的,也是短暫的。可利用的能源為1/5匹馬力——自身肌肉的力量。分析我們祖先的骨骼,會發現嚴重磨損的痕迹,這是由日常生存的重負造成的。人的平均的預期壽命低於20歲。

但在約1萬年前,最後一個冰川紀結束後,我們發現了農業,並且馴養動物,特別是馬,逐漸將我們的能量輸出提高到了一匹或兩匹馬力。這開始了人類歷史上的第一次重大革命。有了馬和牛,一個人就有了足夠的能量自己耕種一整塊田地、日行數十英里,或者將數百磅的石塊或穀物從一處搬到另一處。在人類歷史上頭一次,家庭擁有了剩餘的能量,結果造就了我們最初的城市。額外的能量意味著社會有能力支撐一個工匠、建築師、建造工和文士的階層,這樣一來古代文明便得以繁榮昌盛。很快,雄偉的金字塔和帝國就在叢林和沙漠中豎起。人的平均預期壽命達到了約30歲。

隨後,約300年以前,人類歷史上的第二次重大革命發生了,隨著機器和蒸汽動力的出現,可供一個人使用的能量竄升到數十匹馬力。利用蒸汽機車,人們如今能夠在數天內穿越整片大陸。機器能夠耕耘整片土地,將數百名乘客送出數千英里,並且使我們得以建造巨大又高聳的城市。到1900年,美國人的平均預期壽命幾乎達到了50歲。

今天,我們正處於人類歷史上的第三次重大革命——信息革命之中。由於人口爆炸,以及我們對電力和能源的如饑似渴,我們的能源需求飛漲,而且我們的能量補給已經被過度使用到了極限。可供一個人使用的能量現在以數千匹馬力計。我們相信一輛汽車能夠產生數百匹馬力。不出所料,這樣對能量愈演愈烈的需求引起了對更強大的能源的關注,其中包括永動機。

對永動機的追尋自古就有。首次製造永動機的紀錄是在8世紀的巴伐利亞,其後1000年中出現的改良型永動機都以此為藍本,它的基礎部分是一連串小磁鐵附在一個輪子上,就像一個摩天輪。輪子被放在地面一塊較大的磁鐵之上。當輪子上的磁鐵一塊塊經過靜止的大磁鐵上方,它們應該會被大磁鐵吸引,隨後排斥,由此推動輪子,製造出永恆運動。

另一種別出心栽的設計是1150年由印度哲學家婆什迦羅(Bhaskara)發明的,他提出了一種永遠轉動的輪子——在輪子的邊緣加一枚砝碼,使輪子由於不平衡而轉動。砝碼會在旋轉的時候做功,隨後它將回到最初的位置。婆什迦羅稱,通過一次又一次反覆這一過程,可以憑空獲取無限的功。

巴伐利亞永動機和婆什迦羅永動機以及它們的許多後繼者都具有同樣的要素:某種類型的輪子,能夠無須添加任何能量就旋轉一圈,在這個過程中產生可利用的功(仔細檢査這些設計精巧的機器通常會發現,事實上每轉一圈能量都在損失,或是可使用的功無法被獲取)。

文藝復興的到來加快了永動機的產生。在1633年,一台永動機獲取了第一個專利許可證。到1712年,約翰·白斯勒(Johaer)在分析了約300種不同的類型後,提出了他自己的設計(根據傳說,他的女僕後來揭發他的機器是一場騙局)。甚至連文藝復興時期的偉大畫家和科學家列奧納多·達·芬奇也對永動機產生了興趣。儘管他在公開場合斥責永動機,將其與對「賢者之石」的徒勞搜尋相提並論,伹私下裡在自己的筆記本里繪製了精巧的自我驅動永動機的草圖,包括一個離心泵和一個用於在火上旋轉烤肉叉的旋轉式煙囪帽。

到1755年,被提交的設計數量極多,以至於巴黎的皇家科學院宣布將「不再接受或受理有關永動機的方案」。

永動機歷史學家亞瑟·奧德-胡姆(Arthur Ord-Hume)就這些發明者不知疲倦的奉獻進行了寫作,他們辛勤工作著,哪怕成功機會微乎其微。胡姆將他們與古代的鍊金術士相提並論。但是,他寫道:「哪怕是鍊金術士都會承認自己的失敗。」

造出永動機的獎勵非常巨大,騙局成了家常便飯。在1813年,查爾斯·李德黑法(Charles Redheffer)在紐約展示了一台使觀眾們噴噴稱奇的機器,能夠憑空製造出無限的能量(但羅伯特·富爾頓[Robert Fulton]仔細檢査機器後,發現有一條隱蔽的羊腸線傳送帶驅動著機器。這條傳送帶又連接到一個在閣樓中悄悄轉動一個曲柄的男子那裡)。

科學家工程師們同樣被卷進了永動機的狂熱中。1870年,《科學美國人》(Stific Ameri)被一台由E.P.威利斯(E.P.Willis)製造的機器愚弄了,雜誌刊登了一篇標題聳人聽聞的報導《有史以來最偉大的發現》(Greatest Discovery Ever Yet Made)。但稍後調査者發現,威利斯的永動機有著隱蔽的能量來源。

在1872年,約翰·厄恩斯特·沃瑞爾·凱利(Joh Worrell Kelly)製造了那個時代最轟動、也最賺錢的騙局,騙得近500萬美元,在19世紀晚期這是一個天文數宇。他的永動機的基礎是共振調音叉,他聲稱它們在「乙醚」中浸泡過。凱利這個沒有科學背景的人會邀請富有的投資人到他家,在那裡他會用他的液壓氣動振顫真空發動機(Hydro-Pic-Pulsating-Vacuo-Engine)使他們驚喜萬分,這一機器會在沒有外界能量來源的情況下高速運轉。急切的投資者們被這一自我驅動裝置迷住了,爭相把錢倒進他的保險柜。

後來,幾個幻想破滅的投資者憤怒地控告他欺詐,他也

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