Etwa 1159 n. Chr. entwarf ein Mathematiker namens Bhaskara der Gelehrte ein Rad mit gewölbten Behältern, die Quecksilber enthielten. Sein Gedanke war, dass beim Drehen des Rades das Quecksilber zum Boden jedes Behälters fließen würde, wodurch eine Seite des Rades stets schwerer als die andere wäre. Das Ungleichgewicht sollte das Rad ewig weiter drehen. Bhaskaras Zeichnung war einer der ersten Entwürfe eines Perpetuum mobile, ein Gerät, das ohne externe Energiezufuhr ewig arbeiten kann. Stell dir ein Windrad vor, das die zum Drehen benötigte Brise selbst erzeugt, oder eine Glühbirne, deren Leuchten den eigenen Strom liefert. Solche Geräte haben die Fantasie zahlreicher Erfinder beflügelt, weil sie unsere Beziehung zur Energie verändern könnten. Wenn man zum Beispiel ein Perpetuum mobile mit Menschen als Teil seines völlig effizienten Systems bauen könnte, könnte es unbegrenzt Leben erhalten. Es gibt nur ein Problem: Sie funktionieren nicht. Alle Ideen für ein Perpetuum mobile widersprechen mindestens einem Hauptsatz der Thermodynamik, jenem Physikzweig, der das Verhältnis zwischen unterschiedlichen Energieformen beschreibt. Nach dem ersten Satz lässt sich Energie weder schaffen noch vernichten. Es kommt nicht mehr Energie heraus, als man hineinsteckt. Das schließt ein nutzbares Perpetuum mobile sofort aus, da eine Maschine nur so viel Energie erzeugen wie verbrauchen kann. Es würde nichts übrig bleiben, um ein Auto oder Telefon aufzuladen. Was aber, wenn die Maschine nur sich selbst bewegen soll? Erfinder haben viele Ideen vorgeschlagen. Einige davon sind Variationen von Bhaskaras ungleichgewichtigem Rad mit rollenden Kugeln oder Gewichten an schwingenden Armen. Keine davon funktioniert. Die beweglichen Teile, die eine Seite des Rades beschweren, verschieben das Massenzentrum unter die Achse. Mit einem tieferen Massenzentrum schwingt das Rad nur hin und her wie ein Pendel und hört dann auf. Wie wäre es mit einem anderen Ansatz? Im 17. Jahrhundert entwickelte Robert Boyle die Idee einer sich selbst gießenden Schüssel. Seine Theorie war, dass die Kapillarwirkung -- die Spannung zwischen Flüssigkeit und Oberfläche, die Wasser durch dünne Röhren zieht -- es durch die Schüssel kreisen lassen könnte. Ist die Kapillarwirkung stark genug, um Schwerkraft zu überwinden und Wasser heraufzuziehen, würde sie aber auch sein Zurückfallen in die Schüssel verhindern. Es gibt auch Magnetversionen, wie dieser Rampensatz. Die Kugel soll von dem Magneten hinaufgezogen werden, durch das Loch hinunterfallen und den Kreislauf wiederholen. Sie scheitert wie die selbstgießende Schüssel daran, dass der Magnet einfach die Kugel oben halten würde. Selbst wenn die Bewegung irgendwie weiter ginge, würde die Kraft des Magneten mit der Zeit abnehmen und schließlich nicht mehr funktionieren. Um die Bewegung aufrecht zu erhalten, müssten sie zusätzliche Energie produzieren, um das System über seinen Endpunkt zu schubsen, was dem ersten Satz der Thermodynamik widerspräche. Einige scheinen zu funktionieren, tatsächlich aber beziehen sie stets Energie aus einer externen Quelle. Selbst wenn Ingenieure eine Maschine entwerfen könnten, die nicht den ersten Satz der Thermodynamik verletzt, würde sie dennoch wegen des zweiten Satzes nicht funktionieren. Nach dem 2. Satz der Thermodynamik tendiert Energie zur Ausbreitung durch solche Vorgänge wie Reibung. Alle echten Maschinen hätten bewegliche Teile oder Kontakt mit Luft- oder Flüssigkeitsmolekülen, was eine geringe Reibung und Wärme erzeugt, sogar im Vakuum. Wärme ist fliehende Energie, die weiter ausströmt und dabei die für die Bewegung verfügbare Energie mindert, bis die Maschine schließlich anhält. Bisher haben diese Sätze der Thermodynamik jedes Konzept ewiger Bewegung verhindert und damit den Traum einer völlig effizienten Energieerzeugung. Aber wir können nicht ausschließen, dass wir einmal doch ein Perpetuum mobile entdecken, weil wir immer noch so vieles über das Universum nicht wissen. Vielleicht stoßen wir einmal auf andere Formen der Materie und wir müssen die Sätze der Thermodynamik überarbeiten. Oder vielleicht gibt es ewige Bewegung in winzigen Quantengrößen. Mit großer Sicherheit aber werden wir nie aufhören, danach zu suchen. Das einzige bisher wirklich Ewige ist wohl unsere Suche.
Around 1159 A.D., a mathematician called Bhaskara the Learned sketched a design for a wheel containing curved reservoirs of mercury. He reasoned that as the wheels spun, the mercury would flow to the bottom of each reservoir, leaving one side of the wheel perpetually heavier than the other. The imbalance would keep the wheel turning forever. Bhaskara's drawing was one of the earliest designs for a perpetual motion machine, a device that can do work indefinitely without any external energy source. Imagine a windmill that produced the breeze it needed to keep rotating. Or a lightbulb whose glow provided its own electricity. These devices have captured many inventors' imaginations because they could transform our relationship with energy. For example, if you could build a perpetual motion machine that included humans as part of its perfectly efficient system, it could sustain life indefinitely. There's just one problem. They don't work. Ideas for perpetual motion machines all violate one or more fundamental laws of thermodynamics, the branch of physics that describes the relationship between different forms of energy. The first law of thermodynamics says that energy can't be created or destroyed. You can't get out more energy than you put in. That rules out a useful perpetual motion machine right away because a machine could only ever produce as much energy as it consumed. There wouldn't be any left over to power a car or charge a phone. But what if you just wanted the machine to keep itself moving? Inventors have proposed plenty of ideas. Several of these have been variations on Bhaskara's over-balanced wheel with rolling balls or weights on swinging arms. None of them work. The moving parts that make one side of the wheel heavier also shift its center of mass downward below the axle. With a low center of mass, the wheel just swings back and forth like a pendulum, then stops. What about a different approach? In the 17th century, Robert Boyle came up with an idea for a self-watering pot. He theorized that capillary action, the attraction between liquids and surfaces that pulls water through thin tubes, might keep the water cycling around the bowl. But if the capillary action is strong enough to overcome gravity and draw the water up, it would also prevent it from falling back into the bowl. Then there are versions with magnets, like this set of ramps. The ball is supposed to be pulled upwards by the magnet at the top, fall back down through the hole, and repeat the cycle. This one fails because like the self-watering pot, the magnet would simply hold the ball at the top. Even if it somehow did keep moving, the magnet's strength would degrade over time and eventually stop working. For each of these machines to keep moving, they'd have to create some extra energy to nudge the system past its stopping point, breaking the first law of thermodynamics. There are ones that seem to keep going, but in reality, they invariably turn out to be drawing energy from some external source. Even if engineers could somehow design a machine that didn't violate the first law of thermodynamics, it still wouldn't work in the real world because of the second law. The second law of thermodynamics tells us that energy tends to spread out through processes like friction. Any real machine would have moving parts or interactions with air or liquid molecules that would generate tiny amounts of friction and heat, even in a vacuum. That heat is energy escaping, and it would keep leeching out, reducing the energy available to move the system itself until the machine inevitably stopped. So far, these two laws of thermodynamics have stymied every idea for perpetual motion and the dreams of perfectly efficient energy generation they imply. Yet it's hard to conclusively say we'll never discover a perpetual motion machine because there's still so much we don't understand about the universe. Perhaps we'll find new exotic forms of matter that'll force us to revisit the laws of thermodynamics. Or maybe there's perpetual motion on tiny quantum scales. What we can be reasonably sure about is that we'll never stop looking. For now, the one thing that seems truly perpetual is our search.