永动机漫话

来源：武际可科学网博客，作者：武际可 北京大学力学系。

尽管早在19世纪中叶以前，能量守恒定律和热力学第二定律就已经发现，说明永动机是不可能的，而且任何受过中等教育的人，都会熟悉这些定律。可是直到现如今，在国内或国外的报章杂志上，还偶尔有关于永动机痴迷者的报道。

1999年8月，湖南桃源县仅有初中文化的彭清满，自己制成一台“永动机”模型，以需筹集开发资金为由，伙同刘成善、冯姣月、刘志明成立“高科技筹款领导小组”，彭自封组长。百余群众上当受骗，将10余万元交给他们。结果四农民以诈骗为由进了看守所。据2000年美国报道拉斯维佳斯的Michael J. Marshall组成了QSFG公司，声称拥有一种不用燃料启动的发动机，有64个国家请他去设厂，并承诺超过17亿美元的巨额资助。结果无非是一场骗局。

现今，积极从事永动机的只有两种人：一种是文化程度低的人，这种人对现代科学几乎一无所知，他们的科学文化水平不会到初中程度；另一种人是骗子，他们明知道永动机是做不成的，为了骗财物，推销他们的所谓发明。后一种人的活动范围，主要是第一种人，只有那些科学文化程度很低的人才会上当受骗。

不管怎么说，随着科学文化的进步和普及，现今积极于永动机的人是少多了。要知道，在历史上研究永动机曾经时髦一时，特别西方世界在发展现代科学技术的过程中，有成千上万的人卷入其中。为了说服那些现今对永动机还抱有幻想的人，我们不妨回顾一下永动机的兴衰历史。

据说永动机的概念发端于印度，在公元12世纪传入欧洲。据记载欧洲最早、最著名的一个永动机设计方案是十三世纪时一个叫亨内考 (Villand de Honnecourt) 的法国人提出来的。如图所示：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。

文艺复兴时期意大利伟大学者达·芬奇 (Leonardo da vinc, 1452－1519) 曾经用不少精力研究永动机，下面的这幅永动机的草图就是从达·芬奇的笔记中复 制的。尽管达·芬奇花了不少精力于永动机，并且自己去做永动机，可贵的是他最后得到了永动机不可能的结论。再下面的模型是达·芬奇的一个为了论证永动机不可能的实验。

与达·芬奇同时代还有一位名叫卡丹的意大利人 (Jerome Cardan , 1501-1576)，他以最早给出求解三次方程的根而出名，也认为永动机是不可能的。

关于永动机的不可能，还应当提到荷兰物理学家司提芬 (Simon Stevin, 1548-1620)。16世纪之前，在静力学中，人们只会处理求平行力系的合力和它们的平衡问题，以及把一个力分解为平行力系的问题，还不会处理汇交力系的平衡问题。为了解决这类问题，人们把他归结于解决三个汇交力的平衡问题。通过巧妙的论证解决了这个问题。假如你把一根均匀的链条ABC放置在一个非对称的直立（无摩檫）的楔形体上，如图所示，这时链条上受两个接触面上的反力和自身的重力，恰好是三个汇交力。链条会不会向这边或那边滑动？如果会，往哪一边？司提芬想象把楔形体停在空中，在底部由CDA把链条连起来使之闭合，如图，最后解决了这个问题。在底部悬挂的链条自己是平衡的，把悬挂的部分和上部的链条连起来，斯提芬说：“假如你认为楔形体上的链条不平衡，我就可以造出永动机。”事实上如果链条会滑动，那么你就必然会推出封闭的链条会永远滑下去；这显然是荒谬的，回答必然是链条不动。并且他由此得到了汇交三力平衡的条件。他觉得这一证明很妙，就把第二张图放在他的著作《数学备忘录 (Hypomnemata Mathematica)》的扉页上，他的同辈又把它刻在他的墓碑上以表达敬仰之意。汇交力系的平衡问题解决，也标志着静力学的成熟。

随着对永动机不可能的认识，一些国家对永动机给出了限制。如早在1775年，法国科学院就決定不再刊载有关永动机的通讯；1917年，美国专利局决定不再受理永动机专利的申请。

尽管如此，永动机的发明者仍然是前赴后继，顽强地奋斗着。据英国专利局的助理评审员F. Charlesworth称：英国的第一个永动机专利是1635年，在1617年到1903年之间英国专利局就收到约600项永动机的专利申请，这还不包含利用重力原理之外的永动机专利申请。而美国，在1917年之后还是有不少一时看不出奥妙的永动机方案被专利局接受。

Jon Wilkins 是英国皇家学会的成员，英国Chester地方的主教，后来得到Wadham学院的领导职位，在科学技术上有许多贡献。1670年他提出用化学力、磁力与重力三种方式去造永动机，他是最早提出在利用重力之外构造永动机的学者，当然他在永动机上的所有努力都是以失败告终。

能量守恒定律的发现者之一焦耳 (Jamea Prescott Joule, 1818－1889) 也曾经是一位永动机的痴迷者。他年轻时，正是“永动机热”席卷欧洲的时代，焦耳也狂热地追求永动机，几乎消磨了他全部的业余时间。失败引起了焦耳的深思，他吸取了教训，终于找到了热功当量，为建立能量守恒定律作出了杰出的贡献。这个定律好比一块路标，插在寻找永动机的十字路口，警告迷途人：此路不通！据说焦耳还现身说法，语重心长地告诫那些仍旧迷恋永动机的人说：“不要永动机，要科学！”

在1712年德国人白斯拉 (Johann Bessler或称为aka Orffyreus, 1680-1745 ) 研究了300种不同的永动机模型，并宣称他发现了永动机的秘密，从而得到了巨额的投资。他将他的发明用拉丁文和德文写了一本书，说是奉献给上帝、公众、学习的人和作为发明家的他自己。他建造了一部可以自行运转的机器，到1717年他赢得了数以千计的人的信服，其中有常人也有例如莱布尼兹这样显赫的人。这部机器通过了在严格的监视下的两次试验，一次是在1712年10月9日，由当地12名著名人物组成的委员会审查；另一次是在1717年11月10日到次年的一月4日，在更为著名的人们监视下，连续运转了54天。不过机器总是用湿布紧紧地蒙上，被他严格看守，其内部秘不示人。当时公众要求他公布技术秘密，他要价是25000英镑，这在当时是一个天文数字，由于无人能出得起这笔巨资，加以许多人的冷嘲热讽，说他是骗子，最后他将所有的模型都打得粉碎，把他的秘密带进了坟墓。

有关白斯拉的永动机，迄今还有人收集资料进行研究，有的人认为他是骗子；有的人则认为他是一位天才的发明家，猜测他利用了迄今未知的储能方法。

在1812年，美国费城有一位名叫李德黑法 (Charles Redheffer) 的人，申称有一种无需能源的永动机，并且做成了一个模型，对好奇的市民们展示。他还向市政府申请经费去建造更大的模型。1813年1月21日，市政府派了8位专员来考察李的永动机。这些人注意到李的机器中的齿轮有反方向磨损的痕迹，推测该机器一定是另有一部机器在推动。于是便令当地的一位名鲁肯斯 (Isaiah Lukens) 的工程师依同样的原理也做了一部“永动机”，而且这部机器的能量来源藏匿得更为巧妙（鲁肯斯的机器迄今仍被费城的公共事物机构所收藏，如下图），然后把他展示给李德黑法。

李德黑法看到他的把戏被揭穿，便带着他的把戏来到纽约。1813年，在纽约他又展示他的机器，吸引了许多人。这时有一位细心的机械工程师叫福尔顿 (Robert Fulton)，他注意到这部“永动机”转动时有微小的晃动，他推论机器一定是有一个隐藏了的曲柄，有什么人不时摇动曲柄以致引起机器晃动，剩下的问题是去揭开隐藏的曲柄和它的操纵者。于是福尔顿就向李德黑法挑战说，他可以揭穿机器能源的秘密，并且说如果没有揭穿，则甘愿赔偿一切损失。李德黑法只好同意。福尔顿马上拆去靠近机器墙壁上的几块板，一根很长的绳子被显露出来。福尔顿顺着绳子来到二楼，在那里他发现一个有胡子的老头，一只手拿着面包在吃，另一只手在转动曲柄。随后李德黑法便逃之夭夭了。

美国费城的机械师吉力 (John Worrell Keely, 1837-1898)，于1872年声称发明了一种生产以太能的原理。他以一部在水上工作的机器旅行展出，愚弄了许多科学家。他征集了约50万美元的投资，这在当时的确是一笔巨额的资金。他的“永动机”动作是靠一根藏匿了的通向压缩空气的管子，由于他的机器伪装得十分巧妙，再加他凭借巨额的投资成了纽约吉力摩托公司的老板，很有社会地位，所以至今还有不少对他的技术的信仰者。

说到中国人中永动机痴迷者，我想引用有关的回忆：“淮海战役中被俘的兵团司令黄维，在担任国 民党联勤副总司令时，便听人说，全世界的科学界都认为迄今还没有发明出来的一种不需要使用任何能源的“永动机”，如果能创造出来，则再也不会存在什么“能源危机”，便给人类带来了无穷的幸福，永远为人类所敬仰。从那时起，这位拿枪杆子出身的将军，便下定决心，想突破全世界所有科学家没有发明出的这种不需用任何能源作动力的“永动机”为人类造福。这种愿望虽好，但没有科学基础的人，想造出全世界的科学家都没有能制造出来的东西，真是谈何容易。可他始终坚决相信，“只要功夫深，铁杵磨成针”“有志者事竟成”。所以，他在被俘前没有能完成的“伟大事业”，被俘后，还是专心致志地钻研。

这种精神实在可贵。但泼冷水的也很多，他却毫不动摇。战犯集中改造后，他更认为有条件可进一步研究，并绘制出图样，想进行试制。管理人员认为，在改造期间是以学习与改造思想为主，这些似乎有点“不务正业”，而不表示支持。他则不管在任何时候、任何场合都把自己这一愿望提出来，并给这种还没有发明出来的机器定名为“黄维永动机”。他认为只要能制造成功，就可以惊动全世界，个人自由，不请自来。所以，他把学习等视为多余的、没有必要的事，不仅在学习发言中，不厌其烦地反复谈他的“永动机”，而且在外单位找他写一些临时性“外调”材料，询问他解放前的许多情况时，在他写材料的纸上，也写上他坚决请求支持他创造“永动机”的问题。管理所的负责人拿他实在没有办法，只好同意他的请求，把他设计出来的图纸，送到中国科学院去审查研究。几个月后，得到的答复是：“经过反复实验，这种机器图纸，根本不可能达到不需要任何能源而能自己永远转动的设计要求。”很多人便认为既经过科学院鉴定都认为不可能，不要再搞了。他还是认为负责鉴定的人不懂科学，他的设计是可以实现的。管理所的领导便组织所有战犯和他辩论，他仍不服，还是坚持要继续研究，肯定可以制造出来。

由于他始终不放弃这一主张，而把学习改造放在一边，所以第一批特赦时，虽然他有许多优越条件可以争取早日出去，却没有轮到他，但他满不在乎。当时台湾还是陈诚的势力占优势，他是陈诚的亲信高干之一，他的同事和部下都在台湾军事方面负重要责任，他的特赦可以起一些影响，而他却坚决表示决不改变他这一志愿，所以几次特赦都没有他。直到1975年全部释放时，他也得到了特赦。可惜的是，他特赦后有了很多良好的条件，但“黄维永动机”还没有制造出来。全世界的“能源危机”也正在一天天加深，不知他作何感想！出狱后，黄维任全国政协常委，做了许多有益的工作。尽管社会活动繁忙，但他也没有放弃“永动机”，继续研究。后来，周恩来总理得知后，让他把“永动机”的模型拿过去看了。1979年6月，黄维在政协分组会议上，就开发“重力”能源做了长篇学术报告。会议通过决议，要支持黄维提出的科研项目。后来，黄维年迈无精力搞科研，将研制“永动机”的项目交给在江西机械厂当工程师的儿子继续他的目标进行研究。”可以想像，黄维的努力也会像历史上千千万万的永动机痴迷者一样，不会有任何结果。

有意栽花花不发，无意插柳柳成阴荫。这大概是科学发展的一般规律。科学往往得出和大多数人探求方向相反的结论，探求了三百年的以太，在20世纪初，以以太不存在而告终；追求对欧几里得几何中第五公设的证明，进行了几千年，结果是以19世纪非欧几何的诞生而结尾；数百年寻求永动机的热潮，也以能量守恒定律和热力学第二定律的确立而逐渐降温。

我国物理学家冯端等说：“如果要对能量守恒定律的发现论功行赏的话，除了要为那些人所共知的有杰出贡献的科学家树碑立传外，还要建立一座无名英雄纪念碑，其上最合适的铭文将是：‘纪念为实现永动机奋斗而失败的人们。’虽然他们的奋斗目标是荒谬的，但如果没有他们的彻底失败，就不能建立能量守恒定律。这样他们饱受冷嘲热讽的无效劳动才得到些许报偿。”

这段话，对于能量守恒定律建立之前的永动机痴迷者来说，也许是合适的。但是在能量守恒定律建立之后，还痴迷于永动机，就非但没有任何功劳可言，而且是对人力物力的无谓浪费，是无知可笑的行为。至于那些明知永动机做不成，披着科学外衣借以敛财的骗子，则应当坚决打击，并绳之以法。时至今日，还有不少永动机的痴迷者和借永动机行骗的骗子，说明对科学基本原理的普及和教育是一项永恒和艰巨的任务。

参考文献：

[1] 竟扬言发明“永动机” 四农民冒充科学家沦为阶下囚，2002年09月07日，中国新闻网

[2] DAN BELL， Inventor ready to display new motor，Neighborhood Newspaper，Saturday, November 25, 2000

[3] BesslerWheel.com

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