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.
Alrededor de 1159 dC, un matemático llamado Bhaskara el Sabio bosquejó un diseño para una rueda que contenía depósitos curvos de mercurio. Argumentó que al girar las ruedas, el mercurio fluiría al fondo de cada depósito, dejando un lado de la rueda perpetuamente más pesado que el otro. El desequilibrio mantendría la rueda girando para siempre. El dibujo de Bhaskara fue uno de los primeros diseños de una máquina de movimiento perpetuo, un dispositivo que puede trabajar indefinidamente sin ninguna fuente de energía externa. Imagina un molino de viento que produce el viento que necesita para seguir girando. O una bombilla cuyo resplandor proporcione su propia electricidad. Estos dispositivos han cautivado la imaginación de muchos inventores porque podrían transformar nuestra relación con la energía. Por ejemplo, si pudieras construir una máquina de movimiento perpetuo que incluya humanos como parte de su sistema perfectamente eficiente, podría sostener la vida indefinidamente. Sólo hay un problema. No funcionan. Las ideas para máquinas de movimiento perpetuo violan una o más leyes fundamentales de la termodinámica, la rama de la física que describe la relación entre diferentes formas de energía. La primera ley de la termodinámica dice que la energía no puede ser creada o destruida. No puedes sacar más energía de la que pones. Eso elimina de inmediato una máquina de movimiento perpetuo útil porque una máquina solo podría producir la misma energía que consume. No quedaría nada para alimentar un automóvil o cargar un teléfono. Pero ¿y si solo se quisiera que la máquina se mantuviera en movimiento? Los inventores han propuesto muchas ideas. Varios de estas han sido variaciones en la rueda sobreequilibrada de Bhaskara con bolas rodantes o pesos en brazos oscilantes. Ninguno funciona. Las partes móviles que hacen más pesado un lado de la rueda también desplazan su centro de masa hacia abajo por debajo del eje. Con un centro de masa bajo, la rueda solo oscila hacia adelante y hacia atrás como un péndulo, luego se detiene. ¿Qué hay de un enfoque diferente? En el siglo XVII, a Robert Boyle se le ocurrió una idea para una olla de riego automático. Teorizó que la esa acción capilar, la atracción entre líquidos y superficies que tira del agua a través de tubos delgados, podría mantener el ciclo de agua alrededor de la taza. Pero si la acción capilar es tan fuerte como para superar la gravedad y elevar el agua, también evita que caiga de nuevo en el recipiente. Hay versiones con imanes, como este conjunto de rampas. Como que la pelota es impulsada hacia arriba por el imán en la parte superior, cayendo a través del agujero y repitiendo el ciclo. Esta falla porque, al igual que la olla de riego automático, el imán simplemente mantendría la bola en la parte superior. Incluso si de alguna manera se mantiene en movimiento, la fuerza del imán se degradaría con el tiempo dejando finalmente de funcionar. Para que cada una de estas máquinas se mantenga en movimiento, tendrían que crear algo de energía adicional para empujar el sistema más allá de su punto de parada, rompiendo la primera ley de la termodinámica. Hay algunas que parecen seguir adelante, pero en realidad, invariablemente resultan estar atrayendo energía de alguna fuente externa. Incluso si los ingenieros pudieran de alguna manera diseñar una máquina que no violara la primera ley de la termodinámica, todavía no funcionaría en el mundo real debido a la segunda ley. La segunda ley de la termodinámica nos dice que la energía tiende a disiparse a través de procesos como la fricción. Cualquier máquina real tendría partes móviles o interacciones con moléculas de aire o líquido que generaría pequeñas cantidades de fricción y calor, incluso en el vacío. Ese calor es la energía que se escapa y que sigue escapándose, reduciendo la energía disponible para mover el propio sistema hasta que la máquina se detendría inevitablemente. Hasta ahora, estas dos leyes de la termodinámica han obstaculizado cada idea de movimiento perpetuo y los sueños de generación de energía perfectamente eficiente que implican. Sin embargo, es difícil decir con certeza que nunca descubriremos una máquina de movimiento perpetuo porque todavía hay mucho que no entendemos del universo. Tal vez encontremos nuevas formas exóticas de materia lo que obligaría a revisar las leyes de la termodinámica. O tal vez hay movimiento perpetuo en pequeñas escalas cuánticas. Lo que podemos estar razonablemente seguros es que nunca dejaremos de buscar.