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.
Sekitar tahun 1159 Masehi, Seorang matematikawan bernama Bhaskara the Learned membuat sketsa untuk sebuah roda yang mengandung penyimpanan merkuri yang melengkung. Alasannya adalah saat roda berputar, merkuri akan mengalir ke dasar setiap penyimpanan, menyebabkan satu sisi roda lebih berat dari sisi yang lain. Ketidakseimbangan ini akan membuat roda berputar selamanya. Gambar Bhaskara adalah salah satu desain paling awal untuk mesin yang bergerak selamanya, alat yang dapat bekerja tanpa batas waktu, tanpa sumber energi eksternal. Bayangkan sebuah kincir angin yang menghasilkan angin sepoi-sepoi yang dibutuhkan untuk terus berputar. Atau bola lampu yang memberikan cahaya listriknya sendiri. Alat-alat ini telah menginspirasi banyak imajinasi para penemu karena mereka bisa mengubah hubungan kita dengan energi Contohnya, jika kamu dapat membangun sebuah mesin gerak abadi yang melibatkan manusia di dalam sistem yang sangat efisien, itu bisa menopang kehidupan tanpa batas. Hanya ada satu masalah. Alat ini tidak berkerja. Semua ide untuk mesin gerak abadi melanggar satu atau lebih hukum dasar termodinamika, ilmu fisika yang menjelaskan hubungan di antara berbagai bentuk energi. Hukum pertama termodinamika mengatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan. Kamu tidak bisa mengeluarkan lebih banyak energi daripada yang kamu masukkan. Hal ini langsung mengesampingkan ide dari mesin gerak abadi karena sebuah mesin hanya dapat menghasilkan energi sebanyak yang dikonsumsinya. Tidak akan ada yang tersisa untuk menyalakan mobil atau mengisi daya HP. Tetapi bagaimana jika kamu menginginkan mesin itu untuk terus bergerak? Penemu telah mengajukan banyak ide. Beberapa di antaranya merupakan variasi pada roda Bhaskara yang terlalu seimbang dengan bola menggelinding atau beban di lengan ayun. Tidak satu pun berhasil. Bagian yang bergerak membuat salah satu sisi roda menjadi lebih berat juga menggeser pusat massanya ke bawah di bawah sumbu. Dengan pusat massa yang rendah, roda hanya berayun maju mundur seperti pendulum, lalu berhenti. Bagaimana dengan pendekatan yang berbeda? Pada abad ke-17, Robert Boyle datang dengan sebuah ide untuk pot yang menyirami sendiri. Dia berteori bahwa "aksi kapiler", sebuah daya tarik antara cairan dan permukaan yang menarik air melalui tabung tipis, mungkin membuat air tetap berputar di sekitar mangkuk. Tetapi jika "aksi kapiler" cukup kuat untuk melawan gravitasi dan menarik air ke atas, itu juga akan mencegahnya jatuh kembali ke dalam mangkuk. Lalu ada versi dengan magnet, seperti jalur landai ini. Bola seharusnya ditarik ke atas oleh magnet di bagian atas, jatuh kembali melalui lubang, dan mengulangi siklusnya. Yang ini gagal karena seperti pot yang menyirami sendiri, magnet hanya akan menahan bola di atas. Bahkan jika itu terus bergerak, kekuatan magnet akan menurun seiring waktu dan akhirnya berhenti bekerja. Agar setiap mesin ini terus bergerak, mereka harus menciptakan energi ekstra untuk mendorong sistem melewati titik perhentiannya, dan melanggar hukum pertama termodinamika. Ada yang sepertinya terus berjalan, tetapi pada kenyataannya, mereka selalu menarik energi dari suatu sumber eksternal. Bahkan jika para insinyur mampu merancang sebuah mesin yang tidak melanggar hukum pertama termodinamika, itu tetap tidak akan berhasil di dunia nyata karena hukum kedua. Hukum kedua termodinamika memberi tahu kita bahwa energi cenderung menyebar melalui proses seperti gesekan. Mesin asli apapun pasti memiliki bagian yang bergerak atau interaksi dengan udara atau molekul cair yang akan menghasilkan sedikit gesekan dan panas, bahkan di ruang hampa. Panas itu adalah energi yang keluar, dan itu akan terus keluar, mengurangi energi yang tersedia untuk menggerakkan sistem itu sendiri sampai mesin akhirnya berhenti. Sejauh ini, dua hukum termodinamika ini telah menghalangi setiap gagasan untuk gerakan abadi dan impian untuk menghasilkan energi yang sangat efisien yang mereka inginkan. Namun sulit untuk mengatakan secara meyakinkan kita tidak akan pernah menemukan mesin yang bergerak abadi karena masih banyak yang belum kita pahami tentang alam semesta. Mungkin kita akan menemukan bentuk materi baru yang eksotis yang akan memaksa kita untuk meninjau kembali hukum termodinamika. Atau mungkin ada gerakan abadi pada skala kuantum kecil. Apa yang bisa kita yakini secara masuk akal adalah kita tidak akan pernah berhenti mencari.