Không có máy chuyển động vĩnh cửu vì năng lượng không tự sinh ra từ hư không, và mỗi lần năng lượng chuyển từ dạng này sang dạng khác, luôn có một phần biến thành nhiệt tản ra không lấy lại được. Một cỗ máy chạy mãi mà không cần cấp thêm gì sẽ vi phạm những định luật đã được kiểm tra vô số lần và chưa từng bị lật đổ.
Chào bạn, đây là Nhà Khoa Học. Trên mạng thỉnh thoảng lại có video về một chiếc máy phát điện tự chạy bằng nam châm, không cần xăng không cần điện, kèm lời mời mua hay đầu tư. Tập này mình giải thích vì sao các nhà vật lý dám nói không mà chẳng cần xem bản vẽ.
Năng lượng không tự sinh ra, không tự mất đi
Định luật bảo toàn năng lượng nói rằng năng lượng chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác, tổng lượng thì không đổi. Xăng cháy biến năng lượng hoá học thành nhiệt rồi thành chuyển động của xe. Pin điện thoại biến năng lượng hoá học thành điện, rồi thành ánh sáng màn hình và hơi ấm.
Định luật này không phải một giả định. Nó đã được kiểm tra trong vô số thí nghiệm, từ phòng thí nghiệm hoá học tới máy gia tốc hạt, và chưa lần nào bị vi phạm. Nó là một trong những định luật vững nhất mà khoa học có.
Một máy chuyển động vĩnh cửu kiểu đơn giản nhất là máy tạo ra nhiều năng lượng hơn năng lượng nó nhận vào. Điều đó giống như một cái ví tự đẻ ra tiền mà không ai bỏ vào. Nếu có thật, định luật bảo toàn năng lượng sẽ sai.
Vì thế khi một phát minh tuyên bố làm được điều đó, gánh nặng chứng minh không nằm ở giới vật lý, mà nằm ở người phát minh.
Vì sao con lắc nào rồi cũng dừng?
Có một loại máy khiêm tốn hơn: không tạo ra năng lượng mới, chỉ cần chạy mãi với năng lượng ban đầu. Ví dụ con lắc Newton, những viên bi thép gõ vào nhau lách cách trên bàn làm việc. Nhìn thì như nó có thể gõ mãi. Nhưng để một lúc, nó chậm dần rồi dừng.
Mỗi lần hai viên bi va nhau, một chút năng lượng biến thành âm thanh, tiếng lách cách bạn nghe chính là năng lượng đang bỏ đi. Một chút khác biến thành nhiệt làm bi ấm lên rất nhẹ. Dây treo cọ vào khung, bi cọ vào không khí, tất cả đều lấy đi một phần.
Trên đời không có chuyển động nào hoàn toàn không ma sát, không cọ xát, không tỏa nhiệt. Có thể giảm rất nhiều, như bánh xe có ổ bi tốt, nhưng không bao giờ bằng không.
Và năng lượng đã biến thành nhiệt tản ra khắp nơi thì không thể gom lại hết để đẩy con lắc tiếp. Đây là chỗ một định luật khác bước vào.
Định luật mà nhà vật lý nào cũng kính nể
Định luật thứ hai của nhiệt động lực học nói, theo cách dễ hiểu nhất, rằng nhiệt tự chảy từ nóng sang lạnh chứ không tự chảy ngược lại, và trong một hệ kín, mức độ hỗn loạn, tức độ tản mát của năng lượng, luôn tăng hoặc giữ nguyên chứ không tự giảm.
Hình dung một giọt mực nhỏ vào ly nước. Mực lan ra đều khắp ly. Bạn có thể chờ bao lâu tuỳ thích, mực cũng không tự gom lại thành giọt như cũ. Năng lượng biến thành nhiệt cũng vậy: nó lan ra, trộn vào không khí, và gom lại để dùng tiếp đòi hỏi tốn thêm năng lượng.
Hệ quả là không cỗ máy nào biến được toàn bộ nhiệt thành công có ích. Động cơ xe chỉ biến được một phần năng lượng của xăng thành chuyển động, phần còn lại thành nhiệt ở ống xả và két nước. Đó không phải lỗi thiết kế có thể sửa hết, mà là giới hạn của tự nhiên.
Nhà vật lý Arthur Eddington từng nói đại ý rằng nếu lý thuyết của bạn trái với định luật thứ hai của nhiệt động lực học, bạn không còn hy vọng gì. Câu nói nổi tiếng vì nó phản ánh mức độ tin cậy mà giới vật lý dành cho định luật này.
Máy phát điện tự chạy bằng nam châm có thật không?
Nam châm có sức hút rất hấp dẫn, theo cả nghĩa đen. Nhiều thiết kế máy vĩnh cửu dùng nam châm xếp vòng để đẩy bánh xe quay mãi. Vấn đề là lực nam châm đẩy bánh xe ở một đoạn thì cũng kéo lại ở đoạn khác. Tính trọn một vòng, tổng công bằng không, và ma sát làm bánh xe dừng.
Nam châm không phải kho năng lượng vô tận. Nó giống một cái lò xo đang bị nén: có thể đẩy, nhưng đẩy xong thì hết, không tự nén lại được.
Những video máy tự chạy thường có một nguồn năng lượng giấu đâu đó: pin trong đế, dây điện luồn dưới bàn, hoặc đơn giản là cắt ghép hình. Có những người thật lòng tin mình đã làm được, vì đo sai hoặc bỏ sót một nguồn năng lượng. Có những người biết rõ mà vẫn bán.
Dấu hiệu nên cảnh giác: lời hứa điện miễn phí mãi mãi, không cho kiểm tra độc lập, đòi đặt cọc hay góp vốn trước, và nói rằng giới khoa học đang che giấu sự thật. Hãy giữ ví của bạn trước khi giữ niềm tin.
Vậy những thứ trông như tự chạy lấy năng lượng từ đâu?
Có những thứ trông như chạy mãi mà thật ra đang lấy năng lượng từ nơi khác một cách kín đáo. Con chim uống nước đồ chơi gật gù bên cốc nước là một ví dụ: nó chạy nhờ nước bay hơi làm lạnh đầu chim, tức là lấy năng lượng từ chênh lệch nhiệt của không khí xung quanh. Hết nước hoặc không khí quá ẩm, nó dừng.
Đồng hồ đeo tay cơ tự động lên dây nhờ chuyển động của cổ tay người đeo. Để nó trên bàn vài ngày, nó dừng. Đèn năng lượng Mặt Trời trong vườn nạp điện ban ngày để sáng ban đêm.
Những cỗ máy này rất thông minh, nhưng không vi phạm định luật nào. Chúng chỉ biết cách hứng những nguồn năng lượng nhỏ mà mắt mình không để ý.
Nên lần tới gặp một thứ tưởng như tự chạy, câu hỏi thú vị không phải là nó có vi phạm vật lý không, mà là: nó đang lấy năng lượng từ đâu mà mình chưa thấy?
Câu hỏi thường gặp
Định luật bảo toàn năng lượng có bao giờ sai không?
Cho tới nay chưa có thí nghiệm nào được xác nhận là vi phạm định luật này. Đã có những lần kết quả đo có vẻ lệch, nhưng khi điều tra kỹ, người ta luôn tìm ra một dạng năng lượng hoặc một hạt bị bỏ sót.
Hiệu suất của một cỗ máy là gì?
Là tỉ lệ giữa năng lượng có ích mà máy tạo ra so với năng lượng đưa vào. Không cỗ máy nào đạt hiệu suất tuyệt đối, vì luôn có phần thất thoát thành nhiệt, âm thanh hay rung động.
Vì sao cơ quan sáng chế không nhận đơn máy vĩnh cửu?
Một số cơ quan sáng chế trên thế giới yêu cầu người nộp đơn phải trình một mẫu hoạt động thật cho loại phát minh này, vì nó trái với những định luật đã được kiểm chứng. Quy định cụ thể ở mỗi nước khác nhau.
Pin năng lượng Mặt Trời có phải máy vĩnh cửu không?
Không. Pin năng lượng Mặt Trời biến ánh sáng thành điện, tức là có nguồn năng lượng rõ ràng từ Mặt Trời. Hết nắng thì không còn điện, và hiệu suất của nó cũng có giới hạn.
Vũ trụ có phải một máy chuyển động vĩnh cửu không?
Theo hiểu biết hiện nay, không. Năng lượng trong vũ trụ ngày càng tản mát hơn, và về lâu dài rất xa, các nhà vật lý cho rằng những nguồn năng lượng hữu ích như các ngôi sao sẽ dần cạn kiệt.
