永恆的科學聖杯──淺談永動機

　　生活中所有事物都需要能量，燈泡需要能量發光、飯菜需要能量煮熟、筆記型電腦和不離身的手機需要能量才能運作。然而，燈泡不會永遠亮著、飯菜不能永保溫熱、電子產品也絕無可能擺脫充電器的掌控，這是因為任何能量都會在傳遞過程中有所損耗的緣故。
　　也就是說，當燈泡在發光時，它不僅僅只是散發出溫暖的光線而已，能量會悄悄地脫下亮晃晃的金絲罩袍，換成一身發熱衣，轉變成熱跑到空氣當中。因此，儘管物理世界當中有「能量不滅」的說法，直觀來看能量是會跑到別的地方去的。

　　讓我們來想像一下，如果有種方法可以讓能量不會耗損，那麼我們就永遠不需要行動充電器來增加背包重量了！事實上，科學家一直都在尋找著能使能量乖乖聽話的妙方，「永動機」成為他們傾盡心力追尋的科學聖杯。

　　這場尋找聖杯的長期抗戰從古有之。公元七世紀，印度天文學家想像一種輪子，在中空的輪輻內裝著如流水般的水銀，這輪子一旦開始運動，便可以不須挹注任何能量，不斷的運作下去。十三世紀，法國人亨內考製作出最古老的永動機，一個轉軸上如蜘蛛般連接數支懸臂，利用力矩轉動，稱之為「魔輪」。文藝復興時期，鬼才李奧納多˙達文西也曾經構想出類似概念的轉盤，不過把懸臂改成一個個的小鋼珠，利用右側鋼珠往下掉的力量帶動左側鋼珠向上，使輪盤轉動不止。

　　這些屬於第一類永動機。所謂第一類永動機，就是「不需要消耗能量，卻可以永遠對外做功的機器」，換句話說，就是一種神奇的能量提供機，能夠源源不絕的貢獻出能量，如同一台上帝牌飲水機，可以為全世界的人解渴而不須為機器加水。這種彷彿開了外掛的機器想當然爾是不可能存在的，「熱力學第一定律」狠狠地賞了這種天方夜譚一巴掌。
　　十八世紀工業革命開始後，人們需要更多科學理論來幫助機械工業的進行，而熱力學應運而生，主要為討論功與熱量的轉換。簡單來說，就是討論能量是否永遠存在、如何產生能量等等的「能量議題」。

　　第一類永動機違反了熱力學第一定律，因為能量不可能無中生有，這與能量守恆的真理背道而馳。於是第二類永動機誕生，其概念就是「在沒有消耗的情況下，以最初吸收的能量永遠運作下去」。想像一台汽車，只要加一次油就可以永遠開下去，這就是第二類永動機的概念。美國人約翰˙加姆吉發明零發動機，他利用海水的熱量將液氨汽化，推動機械運轉；被尊稱為「熱力學之父」的法國工程師尼古拉·卡諾，在其著作《論火的動力》中提出卡諾熱機概念，簡易來說便是一連串完美的吸熱放熱的反應，最後以能量無損耗的方式運作的機器。

　　面對這類永動機，同樣的，熱力學也準備好熱騰騰的大巴掌，用第二定律否決它們的可能性。任何能量傳遞都必定伴隨能量流失，從最初的電燈泡的例子便可以明白，電能在燈泡中轉變為光能的過程中，也會轉化成熱能散佚於空氣當中，也就是說，百分之百的完美傳遞是不存在的。

　　這橫跨科學界無數年華的聖杯之戰，在近代物理前進的腳步中逐漸喧嘩散盡，人們幾乎已放棄尋找永恆。在這個資源不斷被消耗利用的世界，無怪乎人們渴望著有一個不需耗費能量便可運作的存在，如同一個豐饒角，源源不絕地貢獻出水與糧食。這種心理一開始來自於工業起步的刺激，長期人類集體的慾望挪移至今日，似乎也包含了一種只需取用而不需負責任的扭曲心態。一個取之不盡用之不竭的寶藏無須人們節儉，無須客套謙讓，如果那張饕餮般貪婪吞嚥的嘴臉不經意地顯露，也不須隱藏其血盆大口以恐遭遇撻伐。於是人們一面撕咬著，一面又尋找著，懷著恐懼不安和渺茫稀微的渴求。這麼說來似乎是將研究永恒能量的人說得殘酷卑鄙，然而並非針對於兢兢業業追求真理實證的探索者們，而是對於人類集體精神意志的批判。科學初始的念想總是單純，放置於互相爭奪資源的時空之下，那些純白難免也染上一些塵世間的渣滓了。

　　永動機，是科學界的聖杯，也是全體人類的聖杯，若是真能被發掘，或許能夠阻止現在的能源爭奪、未來勢在必行的能源戰爭。然，如果永動機問世，人們對於能源的追求是就此滿足，還是變本加厲呢？

　　後記：本篇簡單介紹了永動機的基本概念，關於永動機，還有許多有趣的歷史與發展，例如永動機騙局、科學玩具等等，很值得去探究喔。