Vì sao không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu?
Chúng ta đều biết bất kỳ động cơ nào khi chuyển động cũng phải tiêu hao năng lượng và phải chống lại lực ma sát. Nếu không được cung cấp một dạng năng lượng nào đó như cơ năng, năng lượng hạt nhân, nhiệt năng, điện năng hoặc sức người, động cơ không thể hoạt động. Lực ma sát sẽ làm cho chuyển động của động cơ từ nhanh thành chậm, rồi cuối cùng dừng lại. Đây là một hiện tượng vật lý thông thường.
Thế nhưng vẫn có nhiều người tin rằng, dù không có năng lượng, chỉ cần dựa vào lực từ, trọng lực của Trái Đất, sức căng của nước, quán tính chuyển động tròn, tác dụng mao dẫn trong các ống nhỏ... thì động cơ vẫn có thể hoạt động. Nếu vậy, con người có thể tiết kiệm được nguồn năng lượng rất lớn. Động cơ vĩnh cửu không hẳn là một động cơ chuyển động vĩnh viễn theo nghĩa tuyệt đối, mà là loại động cơ được kỳ vọng hoạt động mà không cần nhiên liệu từ bên ngoài. Tức là trong mọi hoàn cảnh, nó không cần cung cấp bất kỳ loại nhiên liệu hay động lực nào, nhưng vẫn tạo ra nguồn năng lượng không bao giờ cạn.
Trong vài trăm năm qua, có nhiều người từng tuyên bố đã nghiên cứu thành công các loại động cơ vĩnh cửu, thậm chí có người còn đăng ký bằng phát minh. Nhưng trên thực tế, các loại động cơ đó đều sử dụng năng lượng dưới những dạng khác nhau, và chúng cũng không thể chuyển động mãi mãi.
Động cơ vĩnh cửu mà con người tưởng tượng ra có thể chia thành hai loại. Loại thứ nhất là máy móc hoàn toàn cách biệt với thế giới bên ngoài, chỉ dựa vào sự tuần hoàn năng lượng bên trong để hoạt động. Trên thực tế, loại động cơ này cuối cùng vẫn sẽ dừng lại, vì không thể triệt tiêu hoàn toàn lực ma sát sinh ra trong quá trình chuyển động. Ma sát làm tiêu hao năng lượng của máy móc và khiến nó dừng lại. Định luật thứ nhất của nhiệt động lực học cho biết: trong điều kiện không có tác động bên ngoài, năng lượng không tự sinh ra và cũng không tự mất đi, mà chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác. Vì không thể tránh được ma sát, năng lượng của máy sẽ dần cạn kiệt. Nếu không có nguồn bổ sung từ bên ngoài, máy móc không thể tiếp tục chuyển động.
Loại động cơ vĩnh cửu thứ hai không tách biệt hoàn toàn với thế giới bên ngoài, nhưng chỉ đơn phương hấp thụ nhiệt từ nguồn nhiệt bên ngoài để tạo ra chu trình năng lượng giúp động cơ chuyển động mãi. Tuy nhiên, định luật thứ hai của nhiệt động lực học cho biết: không thể chỉ hấp thụ nhiệt một chiều để tạo ra công có ích mà không gây ra bất kỳ thay đổi nào khác. Khi máy móc hấp thụ năng lượng, một phần có thể biến thành công có ích, nhưng một phần khác không tránh khỏi bị phát tán. Năng lượng không thể chuyển hóa hoàn toàn thành công có ích. Định luật thứ hai còn cho biết không thể chuyển nhiệt từ vật có nhiệt độ thấp sang vật có nhiệt độ cao mà không gây ra sự thay đổi nào. Một số thiết kế động cơ vĩnh cửu từng hy vọng lợi dụng sự chênh lệch nhiệt trong quá trình nước lạnh biến thành nước nóng và ngược lại để cung cấp nhiệt lượng cho động cơ.
Vì động cơ vĩnh cửu trái với các định luật khoa học đã được chứng minh và kiểm nghiệm, đặc biệt là định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng, nên có thể khẳng định rằng không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu.
