Perpetuum mobile objeveno

Ze školy dobře víme, že perpetuum mobile není možné. Je ale opravdu tato informace správná? Opravdu perpetuum mobile neexistuje? Když to budeme zkoumat, zjistíme, že perpetuum je jednou ze základních myšlenek klasické mechaniky.

Než přikročíme k faktům, pojďme na to logicky. Tak si totiž uvědomíme, že myšlenka perpetua mobile je krásnou čistou myšlenkou, která vedla ke zformulování klasické Newtonovy mechaniky. Bez této myšlenky tato mechanika nemůže existovat. Nejdříve si ještě rozlišme různé druhy perpetua mobile. Jsou celkem 4, takže Wikipedii v tomto zase tolik nevěřte.

Zajímat nás bude zejména ten typ perpetua, který se sice označuje jako 4. typ, nicméně obsahuje onu základní myšlenku věčného pohybu v čisté podobě. Je to takové perpetuum, které žádnou energii nepotřebuje přijímat, vyrábět, ani energii nevydává, tedy nekoná žádnou práci, ale pohybuje se neustále bez zastavení. Další druhy jen základní myšlenku doplňují o to, co by bylo nutné k tomu, aby se věčný pohyb udržel, když by nefungovala ona čistá myšlenka, tedy tzv. 4. druh, nebo aby takový stroj energii dokonce vyráběl a předával do okolí. Tomuto čistému perpetuu ale úplně stačí, když si tu svou energii věčně zachová.

K úvaze o perpetuu mě inspirovaly tzv. časové krystaly, které propaguje nositel Nobelovy ceny za fyziku, Frank Wilczek. "Časové krystaly" jsou totiž neustále kmitající kvantové jevy. Jenže to by přece odpovídalo pojmu perpetua mobile a Frank by si zasloužil další Nobelovu cenu, ne?

Stačí se ale podívat na jeho "časové krystaly", aby bylo jasné, že jako první na světě perpetuum nesestrojil, že jen využil existující "věčný" pohyb, tzv. spin částic, což je něco, co by se dalo vzdáleně připodobnit k rotaci částic. Samozřejmě je tu nutná podmínka, že onen spin je skutečně věčný pohyb, což asi těžko.

Jestli ale ano, pak už tu perpetuum mobile dávno máme a to v každém atomu. Vlastně i každý atom je takové perpetuum. Nějak to ale nehraje s nemožností existence perpetua, kterou do nás vtloukali ve škole. Stačí však jen logicky přemýšlet. Vždyť vlastně Newtonův zákon setrvačnosti postuluje čisté perpetuum mobile, když říká, že: "Jestliže na těleso nepůsobí žádná síla, pak těleso setrvává v klidu nebo v rovnoměrně přímočarém pohybu." (Jen poznamenejme, že podle Einsteinovy speciální relativity je klid a přímočarý pohyb vlastně totéž.)

Když už tedy připustíme, že by perpetua mobile mohla existovat, najdeme daleko více "věčných" pohybů to i kolem sebe. Jsou to například všechny rotace. Tedy "čisté" rotace, stejně jako Newton výše popisoval "čisté" přímočaré pohyby, tedy vlastně mechanické pohyby bez působení vnější síly, například bez tření.

Tření ale zastaví každý kámen, který na Zemi hodíme a zastaví také každou rotaci. (Když hodíte kámen, brzdí ho už tření vzduchu, jehož efekt lze výrazně pozorovat u rozžhavených meteoritů. Když hodíte na zem kámen, ale "vodorovně", odskočí od země a přitom se zbrzdí, a udělá pár žabek a pak se třením o zem zastaví. I dopad kolmo na zem je vlastně brzdění "třením", neboť půda kolem se zahřeje.) 

Aristoteles měl za to, že toto zastavení je podstata všech mechanických pohybů (na Zemi), neboť tyto se snaží dosáhnout svého přirozeného místa, což je klid vůči Zemi. Tento mylný názor převládal skoro 2000 let, než si Galileo uvědomil, že kdyby kuličku na stole nebrzdilo tření, nezastavila by se nikdy (kdyby byl stůl jaksi kolem celé Zeměkoule). Galileo tedy použil ideu čistého perpetua mobile, aby vyvrátil Aristotela, a Newton tento útok dokonal a toto perpetuum jako idealizaci vtělil do svého zákona setrvačnosti. 

Když tak nad tím přemýšlíte, uvědomíte si, že zákon zachování energie je také vlastně popis perpetua, stejně jako zákon zachování hmotnosti. U té hmotnosti jde pouze o pohyb 4D "prostoročasem" a jeho energie se vyjadřuje rovnicí E=m.c^2 ve speciální relativitě. I supravodivost vyvolává představu takového perpetua, protože tam se také elektrický proud pohybuje bez tření, jak se zdá (leč, žel, časem přece jen pomaličku ubývá). Nebo foton také letí neustále, třeba 13 miliard let. Tam ale zase na něj působí gravitace a jeho energie ubývá rudým posuvem, i když velmi pomalu.

Perpetuum mobile je tedy základem uvažování klasické fyziky, která si dokázala od pohybu tělesa z vnitřních příčin (od setrvačnosti), odmyslet vnější rušivé působení, třeba tření. Tedy vlastně vnitřní přirozeností mechanických těles je býti čistým perpetuem mobile. Tření se tu chápe jako něco "vnějšího", co tuto idylku kazí. Bohužel to ale vypadá, že tato idylka není nikdy bez vady, protože každé těleso má i vnitřní tření, neboť žádné těleso není absolutně tuhé (nehledě na to, že absolutně izolované těleso neexistuje). Tímto vnitřním třením získávají teplo třeba některé (vlastně všechny) měsíce a cokoliv, na co působí gravitace. Jsou to tzv. slapové síly.

Aby nějaké těleso bylo dokonalým perpetuem mobile, nesmělo by na něj působit vůbec nic, muselo by být dokonale izolované, což se třeba v případě působení gravitace, kterou nelze nijak odstínit, nedá vůbec realizovat. Vypadá to, že je to v praxi nerealizovatelná myšlenka, protože se neuskuteční nikdy a nikde zcela dokonale. To jde parafrázovat třeba Einsteinovým výrokem: "Co je přesně, není o realitě."

Z hlediska zkušenosti to vypadá, že čisté perpetuum mobile je jen abstraktní idealizace, kterou nelze nikdy dokonale realizovat, což je možné formulovat jako axiom nedokonalosti. Tření a "kazy" způsobující, že každé perpetuum se jednou zastaví, existují vždy. Což je jen důsledek obecnějšího axiomu neexistence nekonečna, zde nekonečného pohybu. (Všimněme si, že i zákony zachování, zákon setrvačnosti jsou "jen" zkušenostní axiomy.)

To ale vrhá podezření i na všechny kvantové (i jiné) procesy, jako spin částic, "časové krystaly" atd., které zřejmě nejsou v čisté "bezztrátové" podobě, která se nikdy nemění, nikde realizovány. A jestliže nám přijde, že se něco může samo pohybovat stále, je to jen proto, že ty ztráty jsou tak malé, že jsme je ještě nezaznamenali. Jako se nám dříve zdálo, že svět nebeských těles je dokonalý a bezztrátový, tak se nám dnes jeví, že dokonalý ke kvantový svět. Ale není. Nebo se nám jako perpetuum může jevit proces, kterému je odněkud dodávána energie, kterýžto "přítok" není hned patrný (u kvantových procesů by to mohla být třeba temná energie).

Ale je-li tomu tak, pak nikde žádné dokonalé perpetuum neexistuje a nikdy existovat nebude, s jedinou výjimkou, a to je absolutní svět, z něhož multivesmír (existuje-li), tvoří přesně 0%. :-)