燈泡將電力轉化為光能的同時，也在散佚熱能
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。
達文西永動機手稿 (圖片來源:網路影片截圖)
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」。
熱力學可以總結成四條定律：
熱力學第零定律，定義溫度，指出了相互接觸的兩個系統，熱流的方向。
熱力學第一定律，指出內能這一物理量的存在，並且與系統整體運動的動能和系統與與環境交互作用的位能是不同的，區分出熱與功的轉換。
熱力學第二定律，涉及的物理量是溫度和熵。熵是研究不可逆過程引入的物理量，表徵系統通過熱力學過程向外界最多可以做多少熱力學功。
熱力學第三定律，不可能透過有限過程使系統冷卻到絕對零度。
引用自維基百科
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。
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
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。
手拿豐饒角的蜜涅芙Minerva (希臘神話中雅典娜的羅馬版本)。順帶一提，這座雕像在愛爾蘭，HIBERNIA就是愛爾蘭的拉丁文
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。
參考資料
1. Why dont perpetual motion machines ever work? — Netta Schramm
2. Science Explained: The Physics of Perpetual Motion Machines By Jolene Creighton
3. Perpetual motion From Wikipedia
