Historia Perpetuum mobile. W poszukiwaniu wiecznego ruchu

Członkowie komisji sprawdzili, czy w ścianach zamkowej kom­naty nie ma ukrytych przejść ani otworów. Zamknęli od wewnątrz okna, na drzwiach odcisnęli wo­skowe pieczęcie. Wrócili po dwóch tygodniach. Ustawione na środku pomieszczenia wielkie koło obracało się dokładnie w takim tempie jak czternaście dni wcześniej. Konstruktor urzą­dzenia oznajmił, że może się tak kręcić w nie­skończoność. Ponownie opieczętowano każde drzwi. Tym razem odczekano czterdzieści dni. Koło wciąż wirowało, wykonując dokładnie 26 obrotów na minutę. Komisja sporządziła ra­port, uznając że samonapędzające się urządzenie naprawdę działa.

Kto podpisał się pod raportem? Nie byli to amatorzy, których omamiłby zręczny sztuk­mistrz. Do komisji należeli profesor fizyki uni­wersytetu w Lejdzie Willem Gravesand, kanclerz uniwersytetu w Halle Christian Wolff, ekspert w dziedzinie mechaniki Friedrich Hoffman, le­karz Dietrich von Bohsen i ceniony konstruktor przyrządów matematycznych John Rowley. Poza nimi wydarzenie obserwowało kilkunastu ary­stokratów, którzy w drodze głosowania przeka­zali baronowi Emanuelowi Fischerowi przywilej wprawienia koła w ruch. Wybraniec popchnął je lekko jedną ręką i maszyneria samoistnie zaczęła przyspieszać, aż do 26 obrotów na minutę. Po­kaz odbywał się między 11 listopada 1717 roku a 4 stycznia 1718 roku na zamku Weissenstein należącym do landgrafa Karola, władcy niemiec­kiego księstwa Hesja-Kessel.

Cudowne koła

Urządzenie zbudował niemiecki wynalazca o zupełnie niegermańskim nazwisku – Orffy- reus (w spolszczeniu Orffyreusz). Już samo jego brzmienie przyciągało uwagę, gdyż kojarzyło się zwiedzą tajemną, magią, alchemią. I oto chodzi­ło – w rzeczywistości było pseudonimem, który przybrał syn chłopów z Saksonii Elias Bessler.

Nie zdał się jednak na fantazję, lecz posłużył szyfrem. Spisał wszystkie litery alfabetu w taki sposób, by tworzyły koło i zastąpił te ze swe­go nazwiska leżącymi naprzeciwko. Otrzymał słowo Orffyre. Dla większego prestiżu dorzucił końcówkę „us”, by nadać nowemu nazwisku formę łacińską. Był to zabieg często stosowany przez dawnych uczonych.

Bessler-Orffyreus nie był prawdziwym na­ukowcem. Ukończył jedynie szkołę drugiego stopnia, czyli odpowiednik dzisiejszego gimna­zjum, po czym ruszył w świat. O jego peregry­nacjach niewiele wiadomo. Z zapisków ludzi, którzy poznali go osobiście, wynika, że uczył się przyrządzania magicznych eliksirów u pewnego alchemika, zarabiał na życie jako uzdrowiciel, potem został zegarmistrzem. To był solidny fach, mógł więc ożenić się z córką zamożnego mieszczanina z Annabergu. Jej posag pozwolił mu zająć się tym, co miało stać się jego życio­wą pasją i obsesją – udowodnieniem, że można skonstruować perpetuum mobile.

Pierwsze niewielkie urządzenie budował przez dziesięć lat. Zaprezentował je 6 czerwca 1712 roku w mieście Gera. Na pokaz zaprosił lokalną elitę. Puszczone w ruch koło nie prze­stawało się kręcić przez wiele godzin. „Samo nie zatrzyma się nigdy” – reklamował swoje dzieło.

Nie wszystkich przekonał. Bardzo ostro zaatakował go wybitny wynalazca i projektant urządzeń technicznych Andreas Gärtner, twórca niezwykle skomplikowanych zegarów, pracujący m.in. dla polskiego króla Augusta II. Ośmieszał Besslera, pokazując kopie „cudownego koła” nakręcane z ukrycia przez swoich pomocników.

Orffyreusz był chorobliwie ambitny i nad­pobudliwy, więc na wieść, że stał się obiektem złośliwych żartów, wpadł w furię i roztrzaskał swoją maszynerię.

Sekret za sto tysięcy talarów

Obsesja okazała się jednak silniejsza i już rok później zaprezentował drugi model, znacznie większy. Wirujące drewniane koło miało 275 cm średnicy i 15 cm grubości, ważyło około 18 kg.

W 1714 roku odwiedził go jeden z gigan­tów ówczesnej nauki Gottfried Leibniz. Bessler zaprezentował swoje perpetuum mobile i choć zgodnie z pierwszą zasadą dynamiki Newto­na takie urządzenie nie miało prawa powstać, przekonał gościa, że jednak powstało. Leibniz i Newton darzyli się szczerą nienawiścią wywoła­ną sporem o pierwszeństwo odkrycia rachunku Oskarżali się wzajemnie o pla­giat i bezkrytycznie przyjmowali wszystko, co mogło zaszkodzić reputacji rywala. Zachwycony Leibniz napisał więc list do angielskiego fizyka Roberta Erskine’a, który przebywał jako dorad­ca naukowy na dworze cara Piotra I Wielkiego. Przedstawił wnim Besslera jako „swego przyja­ciela”, a jego dzieło jako „niezwykły wynalazek”.

W ten sposób prowincjonalny konstruktor zyskał światową sławę. Jej echa dotarły na dwór księcia Hesji-Kassel, prywatnie wielkiego miłoś­nika techniki, który postanowił zostać sponso­rem Orffyreusza. Ten zwietrzył okazję do zbicia fortuny i ogłosił, że sprzeda instrukcję budowy poruszającej się samoistnie maszyny za 100 ty­sięcy talarów. Na dowód szczerości swych in­tencji zapewnił, że jeśli urządzenie nie zadziała, zwróci pieniądze.

Była to’ gigantyczna suma i jedynie car wy- ~raził wstępne zainteresowanie. Zażądał jednak pokazania projektu uczonym, których wyśle do Saksonii. Bessler bał się, że jeśli ktoś fachowym okiem obejrzy wynalazek, potem go skopiuje. Tak przynajmniej tłumaczył powody, dla któ­rych nie dopuszczał nikogo do swoich kół.

W odróżnieniu od cara książę Karol nie stawiał żadnych warunków. Chociaż oferował jedynie 4 tysiące talarów rocznej pensji, miesz­kanie, wyżywienie i pokrycie kosztów budowy urządzenia, Orffyreusz przyjął jego propozycję. Przeprowadził się na zamek Weissenstein, gdzie zbudował czwarte już, największe koło średnicy 3,7 m i grubości 36 cm. Ten obiekt zaprezentował w1717 roku grupie uczonych i notabli.

Triumfujące perpetuum mobile

Nawet im nie pokazał jednak wszystkie­go. Pozwolił, by obejrzeli koło, sprawdzili oś, na której się obracało, ale wnętrze i dużą część konstrukcji okrył nasyconym olejem płótnem. Obserwatorzy mogli stwierdzić, że urządzenie działa, lecz nie dowiedzieli się, w jaki sposób.

Co bardziej spostrzegawczy zauważyli, że koło było zamocowane na poziomej osi pod­trzymywanej przez drewniane belki i zwisały z niego ciężarki na sznurkach pełniące rolę wa­hadła. Podejrzewali, że są to jakieś stabilizatory ruchu. Słyszeli też odgłos opadających kul lub ciężarków. Jeden z arystokratów upierał się, że widział dwie koliste obręcze, inny – drugie koło i lusterka.

Naciskany przez wszystkich Bessler zapo­wiedział, że wkrótce ujawni swój sekret. W roku 1719 faktycznie wydał broszurę „Triumfujące perpetuum mobile Orffyreusza”. Podał w niej jednak tylko bardzo ogólnikowe i mgliste infor­macje typu „wewnętrzny mechanizm tej maszy­ny polega na takim rozmieszczeniu ciężarków, że pod wpływem ich ruchu wahadłowego koło raz wprawione w rotację nie zatrzyma się, do­póki cały układ nie zmieni swego położenia”. W innym miejscu dodawał, że długość waha­deł i waga ciężarków przymocowanych do ob­racającego się koła została tak dobrana, by nigdy nie osiągnęły stanu równowagi i napędzały je w nieskończoność.

Sceptyków tym nie przekonał. Izaac Newton powtarzał, że fantaści, którzy „próbują zbudować perpetuum mobile, chcą stworzyć coś z niczego, co jest niemożliwe.

Boski zegarmistrz

Działo się to jednak w czasach, gdy mecha­nika dopiero raczkowała, a nawet najwięksi fi­zycy nie kwestionowali poglądu, że wszechświat został stworzony z niczego przez Boga, który następnie wprawił go w ruch. Planet krążących po orbitach czy Ziemi wirującej wokół własnej osi nikt nie napędzał, więc kosmos postrzegano jako gigantyczne perpetuum mobile.

Różnice poglądów dotyczyły jedynie trwa­łości tego mechanizmu. Newton uważał, że nic, nawet świat, nie trwa wiecznie, a Bóg co pewien czas ingeruje w swoje dzieło. Porównywał Go do zegarmistrza, który nakręcił zegar i pilnuje, by „chodził” punktualnie.

Leibniz twierdził, że takie podejście de­precjonuje Boga. Wyzłośliwiając się na rywalu, pisał: „Mam nadzieję, iż nie ma w Anglii zbyt wielu osób, które podzielają punkt widzenia pana Newtona twierdzącego, że wszechświat wymaga ciągłej naprawy. W mojej opinii taka filozofia podważa mądrość i wielkość Stwórcy”.

Orffyreusz jako gorliwy katolik podzielał pogląd Leibniza o doskonałości boskiego dzie­ła, które raz puszczone w ruch nie wymaga już żadnej ingerencji. A skoro wszechświat to per­petuum mobile, zadaniem nauki jest odkrycie rządzących nim praw i wykorzystanie ich dla dobra człowieka. Osobiście podjął się tego dzieła i włączył jako praktyk w spór wielkich teorety­ków, co przyniosło mu rozgłos i uznanie auto­rytetów takiej miary jak genialny matematyk Johann Bernoulli czy filozof Christan Wolff.

Tajemnica zabrana do grobu

Dziesięć lat po prezentacji na zamku Weis­senstein doszło do katastrofy. Anne Rosine Mauersbergerin, wieloletnia służąca Besslera, uciekła od niego i oskarżyła go o oszustwo. Zeznała pod przysięgą, że cudowne koło nie napędzało się samo, lecz było potajemnie na­kręcane. Według niej w ścianie komnaty znajdował się niewielki otwór, przez który wsuwano długi żelazny pręt zakończony z jednej strony hakiem dopasowanym do ukrytego przed wi­dzami walca, z drugiej – korbą. „Kręciliśmy nią na zmianę; ja, żona Besslera i jego brat Gottfried” – zaklinała się na wszystkie świętości.

Profesor Gravident oświadczył co prawda, że było to niemożliwe, ale reputacja Orffyreusza legła w gruzach. Zawsze skory do wybuchów gniewu wpadł w szał, roztrzaskał urządzenie, spalił wszystkie rysunki, szkice i dokumenty.; Dlatego nikt nie wie, co naprawdę zbudował i jak to urządzenie wyglądało. Rysunki, które dziś można oglądać w różnych publikacjach, są jedynie hipotetycznym modelem odtworzonym na podstawie relacji osób, które widziały nie­zwykłe koła.

Nie wiadomo, czy Bessler, już w samotności i ukryciu, kontynuował benedyktyńską pracę. Prawdopodobnie tak, gdyż zapowiadał, że zapre­zentuje organy, które same grają, i niezatapialny statek do ratowania rozbitków na morzu.

Po śmierci księcia Karola stracił sponso­ra i musiał szukać innego źródła utrzymania. ; Projektował młyny i wiatraki, nadzorował ich \ budowę. W 1745 roku potknął się, spadł z dużej wysokości. Zginął na miejscu, zabierając swe tajemnice do grobu.

---

Inne perpetuum mobile

Orffyreusz nie był ani pierwszym, ani ostatnim konstruktorem per­petuum mobile. Starożytni Grecy i Rzymianie kierowali się zdroworozsądkową zasadą „Ex nihilo nihil” – nic nie rodzi się z niczego i tym się nie zajmowali. Ale już u schyłku średniowiecza marzenie o budowie maszyny, która sama z siebie działa­łaby wiecznie, zaczęto pobudzać wyobraźnię rzemieślników, uczonych ¡artystów.

WXIII wieku francuski architekt Villard de Honnecourt naszkicował koło z zawieszonymi na obręczy wahadełkami. Ruch ciężarków miał sprawić, że raz puszczony w ruch mechanizm nigdy nie osiągnie stanu równowagi, więc koło się nie zatrzyma.

Jego pomysł rozwinął wybitny włoski malarz i konstruktor machin wojennych Francesco di Giorgio Martini, projektując „wieczny młyn”. Spadająca z góry woda miała uruchamiać koło, które – obracając się – napędzi pompę tłoczącą tę samą wodę do zbiornika umieszczonego nad kołem. Stąd znów spadałaby w dół, wprawiała koło w ruch i tak w nieskończoność. Urządzenie jednak szybko osiągało stan równowagi i stawało.

Lepszy, choć niezamierzony, efekt osiągnął Francuz Pierre Pelerin de Maricourt, który eksperymentował z magnesami. W środku koła z magnetytu kładł na cieniutkiej osi igłę. Miał nadzieję, że kiedy znajdzie właściwe proporcje między długością i ciężarem poszczególnych części urządzenia, igła będzie się obracała bez końca. Okazało się jednak, że zamiast wirować wskazuje wciąż ten sam kierunek. I tak de Maricourt zbudował prototyp kompasu.

Nauka mówi nie!

W 1775 roku kubeł zimnej wody na głowy konstruk­torów perpetuum mobile wylała Fran­cuska Akademia Nauk. Oficjalnie oświadczyła, że nie będzie już rozpatry­wać żadnych projektów, gdyż skonstru­owanie takiej maszyny jest niemożliwe. Późniejsze odkrycia naukowe w pełni to potwierdziły. Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki i ogólną zasadą zacho­wania energii żadna maszyna nie może przez dowolnie długi okres wykonywać pracy bez pobierania energii z zewnątrz, gdyż wewnętrzna energia każdego ciała materialnego jest skończona.

Druga zasada termodynamiki wy­klucza z kolei możliwość skonstruowa­nia tzw. perpetuum mobile drugiego rodzaju, czyli maszyny, która całkowicie zamienia energię cieplną na pracę.