Nepiepildāmais sapnis – «perpetuum mobile» jeb mūžīgais dzinējs. Profesora Auziņa zinātnes sleja

Šķiet, ka es piederu pie pirmās paaudzes, kam latīņu valodu skolā vairs nemācīja. Mana māte, kura kara laikā bija pabeigusi Gaujienas ģimnāziju, esot labā noskaņojumā, dažreiz mēdza citēt latīniski kādu teicienu no Jūlija Cēzara, Virgīlija vai Dantes. Piemēram, ja kaut kas bija labi un ātri izdevies, viņa noskaitīja: "Veni, vidi, vici." (Atnācu, ieraudzīju, uzvarēju.) Tā Jūlijs Cēzars esot aprakstījis savus karagājienus. Viens latīņu teiciens, kas man īpaši palicis prātā, ir perpetuum mobile – mūžīgais dzinējs. Skan noslēpumaini, poētiski un arī fizikāli. Jau no senseniem laikiem cilvēkus vadījusi gan praktiska, gan arī romantiska vēlme uzbūvēt dzinēju, kas darbotos mūžīgi.

Fiziķu un arī filozofu motivācija domāt par mūžīgo dzinēju bijusi ļoti dažāda. Sākot ar vēlmi atbrīvot cilvēku no nepieciešamības darīt smagu fizisko darbu, domājot par to, kas principā ir iespējams un kas tāds nebūs nekad, līdz vēlmei atrast ceļu uz mūžīgo kustību, kas nemaz nav tik tālu no filozofiskas domas par mūžīgo dzīvošanu.

Mūžīgā dzinēja ideja ar ūdens ratu
Mūžīgā dzinēja ideja ar ūdens ratu

Kā rāda pats vārdu salikums, mūžīgais dzinējs ir mehānisms, kas varētu darboties mūžīgi – pilnīgi neatkarīgi, autonomi, vispār bez jebkāda ārēja enerģijas avota. Tātad bez baterijām, bez pieslēguma elektrībai vai bez degvielas. Pirmie neglābjami naivi un acīmredzami neiespējami mūžīgā dzinēja varianti bija gan vējdzirnavas, kas darbina mehāniskas plēšas, kuras savukārt pūš gaisu uz vējdzirnavu spārniem un griež vējdzirnavu ratu, gan arī ūdensdzirnavas, kas pumpē kalnā ūdeni, kurš savukārt, plūstot no kalna lejā, griež to pašu ūdensdzirnavu ratu.

Ir pamats apgalvot, ka pirmā konkrētā mūžīgā dzinēja ideja, kuras analīzei vajadzēja jau vairāk matemātikas un fizikas zināšanu, pieder indiešu matemātiķim Bhaskāram, kurš mūsu ēras 12. gadsimtā dzīvoja Maharaštras štatā Indijas rietumos. Viņš ieteica izveidot vertikāli novietotu ratu ar spieķiem, kas izgatavoti kā izliektas renes. Tajās tiktu iepildīts dzīvsudrabs – smags, šķidrs metāls. Reņu forma jāveido tā, lai rata vienā pusē dzīvsudrabs tajās satecētu tuvāk rata ārmalai, bet otrā pusē  tuvāk iekšmalai. Bhaskāra domāja, ka šķidrais dzīvsudrabs gluži kā šūpolēs svārstīs ratu, kas griezīsies mūžīgi. Gan veiksmīgi atklājumi, gan arī neveiksmīgas idejas parasti rodas kopējā kultūras kontekstā. Bhaskāras idejās nav grūti saskatīt asociācijas ar budisma un hinduisma klasisku simbolu – mūžīgo dharmas ratu, kas griežas nebeidzami, simbolizējot mūžīgos atkalpārdzimšanas ciklus.

Dažus gadsimtus vēlāk, tikai jau Rietumu kultūras kontekstā, līdzīgu mūžīgo dzinēju mēģināja konstruēt ģeniālais inženieris un mākslinieks Leonardo da Vinči. Viņa mūžīgajā dzinējā plūstošais dzīvsudrabs bija aizstāts ar kustīgiem stieņiem un tiem piestiprinātiem atsvariem, kas rata vienā pusē karājas vertikāli uz leju, bet otrā ir atliekušies uz sāniem un līdz ar to atrodas tālāk no rata centra. Ja šo ainu neizdodas uzreiz iedomāties acu priekšā, pietiek tikai "iegūglēt" jautājumu par da Vinči mūžīgo dzinēju, lai iegūtu attēlus un pat animācijas.

Mūžīgā dzinēja variācija ar svārstiem
Mūžīgā dzinēja variācija ar svārstiem

Taču jau pavisam neilgi pēc da Vinči šāda dzinēja iespējamība tika nopietni apšaubīta. Starp citu, šāds skeptisks viedoklis par mūžīgo dzinēju bija arī itāļu astronomam, fiziķim un inženierim Galileo Galilejam, kurš visvairāk pazīstams ar aizstāvību Kopernika idejai par to, ka Zeme rotē ap Sauli.

Tajā laikā šādas domas tika uzskatītas par ķecerību un par to paušanu varēja nonākt inkvizīcijas nagos.

Taču dažu domātāju skepticisms neatturēja entuziastus un arī labi izglītotus pētniekus no sapņošanas un praktiskiem centieniem radīt mūžīgo dzinēju. Ideju bija daudz, un tās bija ļoti dažādas. Tā laika universitātes un zinātņu akadēmijas tika pārpludinātas ar ideju pieteikumiem par šāda dzinēja radīšanu. 1775. gadā viena no senākajām zinātņu akadēmijām Eiropā – Francijas Karaliskā zinātņu akadēmija – izdeva dekrētu, ar kuru paziņoja, ka no tā brīža akadēmija pārstāj pieņemt un izskatīt mūžīgā dzinēja pieteikumus, uzskatot, ka šāda dzinēja izveide principā nav iespējama. Francijas Zinātņu akadēmijas lēmums bija balstīts pārliecībā par to, ka mehāniskā enerģija var tikai mainīt veidu – no potenciālās enerģijas, kas raksturo sistēmas potenciālo iespēju veikt kādu darbu, uz kinētisko enerģiju, kura raksturo mehānisku ķermeni, kas atrodas kustībā.

Gan sensāciju mednieki, gan zinātnieki

Taču mūžīgo dzinēju turpināja izdomāt gan sensāciju kāri krāpnieki, gan arī godīgi zinātnieki. Piemēram, vācietis Johans Beslers 18. gadsimta sākumā dažādās Saksonijas pilsētās atkārtoti demonstrēja savu mūžīgo dzinēju, kas izskatījās kā vertikāls mehānisks rats. Kādā no šiem demonstrējumiem piedalījās cits ļoti slavens vācu matemātiķis un fiziķis Gotfrīds Vilhelms Leibnics, kurš vēlāk Besleru raksturoja ar vārdiem "viens no maniem draugiem" un Beslera ratu nosauca par vērtīgu izgudrojumu. Ir zināms, ka Besleru atbalstīja arī Johans Bernulli un citi tā laika prominenti domātāji.

Profesora Auziņa zinātnes sleja

Profesora Auziņa zinātnes sleja

Mārcis Auziņš: "Kādēļ lasīt manus tekstus? Man šķiet, ka dabaszinātnes mēs bieži mēdzam "ignorēt", sakot, ka tās ir formālas, sausas un neinteresantas. Gribētos ļaut lasītājam ieraudzīt, ka tās ir daļa no mūsu dzīves – krāsainas un interesantas."

Biogrāfijas pieturzīmes:

  • Pēc profesijas fiziķis, šobrīd Latvijas Universitātes profesors, Eksperimentālās fizikas katedras un Lāzeru centra vadītājs.
  • No 2007. gada līdz 2015. bijis Latvijas Universitātes rektors.
  • Strādā kvantu fizikas jomā un ir vairāk nekā simts zinātnisko rakstu, kas publicēti pasaules vadošajos fizikas žurnālos, un vairāku simtu konferenču ziņojumu autors.
  • Kopā ar kolēģiem no Rīgas un Bērklijas uzrakstījis divas monogrāfijas, kas izdotas "Cambridge University Press" un "Oxford University Press" izdevniecībās un abas ir piedzīvojušas atkārtotus izdevumus.
  • Karjeras laikā dzīvojis un strādājis dažādās valstīs – Ķīnā un Taivānā, Amerikas Savienotajās Valstīs, Kanādā, Anglijā, Izraēlā un Vācijā.

Acīmredzot paliks noslēpums, kas nodrošināja Beslera rata griešanos, taču viens ir skaidrs, tas vairāk bija Aleksandra Kaljostro cienīgs triks, nevis reāls izgudrojums.

Starp citu, savus alķīmiskos trikus ar svina pārvēršanu zeltā Kaljostro 1779. gadā pa ceļam uz Pēterburgu demonstrēja arī Jelgavā Kurzemes hercogistes dižciltīgajiem. Viens, kas norāda uz šo Beslera demonstrējumu triku dabu, ir to realizācija. Piemēram, kādā reizē Beslers iedarbināja savu ratu un tad ieslēdza to uz divām nedēļām telpā, kuras atslēga bija tikai mājas saimniekam. Kad pēc divām nedēļām telpa tika atslēgta, rats griezās. Kas notika šo divu nedēļu laikā, paliek tikai minējums. Viens ir skaidrs – griešanos neradīja mūžīgais dzinējs.

Taču tas neatturēja arī nopietnus pētniekus domāt par šādiem dzinējiem, jo tajos enerģijas pārvērtības no siltumenerģijas mehāniskā enerģijā ir grūtāk izsekot. Īpaši tas kļuva aktuāli, sākoties dažādu siltumdzinēju, tādu kā tvaika mašīna, attīstības ērai. Sākotnēji bija uzskats, ka siltums ir īpaša vielas forma, ko tāpat kā šķidrumu var uzkrāt. Tai var ļaut arī plūst tāpat kā šķidrumam, liekot griezt turbīnu lāpstiņas un darbinot dažādas mašīnas. Vēlāk, attīstoties gāzu kinētiskajai teorijai, kļuva saprotams, ka arī šī siltumenerģija nav nekas cits kā gāzi veidojošo daļiņu – atomu un molekulu – kustība ar noteiktu ātrumu un ar šo kustību saistītā kustības (kinētiskā) enerģija. Tātad siltums nav nekas cits kā ķermeni veidojošo daļiņu kustība. Ja ķermenis ir karstāks, to veidojošās daļiņas kustas ātrāk, ja tas ir aukstāks, tad daļiņas kustas lēnāk.

Ja nu pieviļ intuīcija

Galu galā tikai pavisam nesen, 19. gadsimta vidū, tika formulēti termodinamikas likumi. Neiedziļināsimies šo likumu matemātiskajā formulējumā. Teikšu tikai tikai to, ka pirmais termodinamikas likums ir gan skaists, gan ļoti jaudīgs enerģijas saglabāšanās likuma vispārinājums. Tātad mehāniskā enerģija var pāriet siltumenerģijā un atpakaļ, bet tas nemaina faktu, ka enerģija nevar ne rasties, ne arī zust. Pilnā enerģija var tikai pāriet no viena veida citā.

Nedaudz vēlāk vācu matemātiķe Emmija Nētere pierādīja, ka enerģijas saglabāšanās likums ir saistīts ar dabas likumu nemainību laikā. Ja dabas likumi laikā mainītos, tad enerģijai nav jāsaglabājas. Taču šobrīd mēs uzskatām, ka dabas likumi no Visuma pirmsākumiem līdz mūsu dienām ir nemainīgi un nākotnē tie nevarētu būt citādi. Taču tas ir tikai intuīcijā balstīts pieņēmums…

Ja nu tomēr nākotnē atklāsies, ka intuīcija mūs pieviļ un dabas likumi nemaz tik nemainīgi nav, var gadīties, ka būs jāpārskata sava attieksme pret enerģijas nezūdamību un arī pret mūžīgā dzinēja neiespējamību.

Starp citu, tas attiecas arī uz domāšanas enerģiju. Lasot šo tekstu un izlasīto arī pārdomājot, jūs tērējat enerģiju. Kādā veidā? Pārvietojot jonus un elektriskos impulsus smadzeņu informācijas kanālos – neironos, mēs tērējam enerģiju. Arī domāšana var būt grūts darbs, kas prasa daudz enerģijas.

Vai viss teiktais rada sajūtu, ka nekas cits neatliks, kā sūri un grūti strādāt un, enerģijai ne no kurienes nerodoties, darbs pašiem vien būs jādara? Atbilde ir gan jā, gan nē.

Jā, enerģija tik tiešām ne no kurienes nerodas – mūžīgais dzinējs paliks tikai cilvēka ļoti ilgotais, tomēr nepiepildāmais sapnis.

Taču, par mierinājumu pragmatiski noskaņotajiem mūžīgā dzinēja meklētājiem, daži enerģijas rašanās veidi ir no mums neatkarīgi un ļoti ilglaicīgi, turklāt enerģijas rodas ļoti daudz. Piemēram, uz Saules un citās zvaigznēs notiek kodoltermiskās sintēzes procesi, kuros atbrīvojas ļoti daudz enerģijas un ko uz Zemes saņemam kā gaismu. Šie procesi notiek, un enerģija tiek ražota no mums neatkarīgi un bez mūsu tiešas līdzdalības. Atliek uz Zemes uzstādīt Saules enerģijas paneļus un šo enerģiju savākt un izmantot savām vajadzībām, nebaidoties, ka mūsu vai daudzu nākamo paaudžu dzīves laikā tā tiks izsmelta. Jā, tās daudzums ir galīgs un tad, kad viss ūdeņradis uz Saules tiks pārvērsts kodoltermiskās sintēzes procesos smagākos ķīmiskos elementos, šī enerģija beigsies. Taču, pirms tas notiks un Saule pārvērtīsies par sarkano milzi (viena no zvaigžņu evolūcijas fāzēm), paies vismaz pieci miljardi gadu. Īsti mūžīgais dzinējs nesanāks, bet cilvēka pūliņus atvieglos.

Un… Mūsdienās, kad ir skaidrs, ka dzinējs, kas ražo vairāk enerģijas, nekā patērē, ir neiespējama lieta, par cilvēkiem, kuri nodarbojas ar acīmredzami bezjēdzīgu lietu, mēdz teikt – viņš mēģina izdomāt mūžīgo dzinēju… 

Profesora Auziņa zinātnes sleja

Vairāk

Kļūda rakstā?

Iezīmējiet tekstu un spiediet Ctrl+Enter, lai nosūtītu labojamo teksta fragmentu redaktoram!

Iezīmējiet tekstu un spiediet uz Ziņot par kļūdu pogas, lai nosūtītu labojamo teksta fragmentu redaktoram!

Saistītie raksti

Vairāk

Svarīgākais šobrīd

Vairāk

Interesanti