Időről időre megkeresnek feltalálók mindenféle örökmozgóik, ingyenenergia-termelő gépeik leírásával, rajzaival. Már túl vannak temérdek elutasításon, és azért fordulnak hozzám, mert – ahogy mondják – ők is „szkeptikusok”, tehát akkor nekünk meg kell értenünk egymást.
Ők persze az energiamegmaradás tételében kételkednek. Ez teljes félreértése a „szkepticizmus” fogalmának. A tudományos módszertan kritikai, kételkedő attitűdje – amit én is képviselek – nem azt jelenti, hogy mindennel kapcsolatban szkeptikusnak kell vagy érdemes lennünk. Az olyan állításokkal, hipotézisekkel szemben óvatos a tudományos világ, amelyek nem bővítik a világról alkotott eddigi képünket, esetleg ellent is mondanak az eddigi ismereteinknek. Még egy ilyen állítás is lehet elvileg helyes, de nagyon erős bizonyítékokat igényel, hiszen nagy mennyiségű és széleskörűen igazolt elméleteket cáfolna meg. Ilyenkor valószínűbb, hogy az új hipotézis hamis, semmint mindaz, amit eddig a világról gondoltunk. Carl Sagan, a híres tudományos ismeretterjesztő ezt így fogalmazta meg:
„a rendkívüli állítások rendkívüli bizonyítékokat követelnek meg.”
Most a hétvégén is felkeresett egy férfi, aki általános gépésztechnikusként határozta meg foglalkozását. Egy nem túl bonyolult eszköz rajzát küldte el nekem, amely sűrített gázok ide-oda terelésével szerinte az egyszeri elindítás után folyamatosan energiát tud termelni mindenféle további külső energiabetáplálás nélkül. Természetesen a gépet még nem építette meg, de biztos benne, hogy az úgy működne, ahogy ő elképzelte. Igazolást kér és lehetőleg támogatást a terve megvalósítására.
Én személy szerint ilyen esetekben sokszor szívesen belemegyek a tervek átnézésébe, és néha rá is tudok mutatni, hogy szerintem hol van a hiba a feltaláló elképzelésében, miért nem működne az így megépített gép. De sok esetben olyan bonyolult a szerkezet, hogy nem könnyű elemezni a viselkedését. Mégis biztos vagyok benne, hogy nem működne. Valójában a legtöbb kutató, tudós még annyi fáradságot sem vesz a tervek átnézésére, mint én. Ők élből elutasítanak minden ilyen megkeresést.
De miért ilyen arrogánsan biztosak a tudósok abban, hogy nem lehet örökmozgót, örökké energiát termelő gépet építeni?
Egy tudós a következőképpen gondolkodik: mivel az energiamegmaradás elve igaz, ezért a környezetüktől elszigetelt rendszerekben (ahol tehát nincs külső energiabetáplálás vagy energiavesztesség) az összes energia mennyisége nem változik. Azaz ilyen rendszerekben nem lehet extra (ott eredetileg nem meglévő) energiát termelni, munkavégzésre fordítani.
A fizikai rendszerek egy szűkebb csoportjára – amelyekhez például a gőzgépek is tartoznak – mindezt a termodinamika első főtétele fogalmazza meg. A kutató ezért e helyesnek ítélt elvek miatt a bonyolult gép működésének részletes elemzése helyett csupán azt nézi meg, hogy a gép és környezete zárt rendszernek tekinthető-e, és ha igen, akkor megállapítja: ez nem fog működni.
| ||
Az örökmozgó-tervezéssel és -építéssel foglalkozó mérnök mindezt úgy fogja fel, mint egy olyan határt, amelyet egyelőre nem sikerült átlépni. Általános élménye, hogy a technológia folyamatosan fejlődik, az ügyes mérnökök, technikusok elképesztő megoldásokat hoznak létre, olyan szerkezeteket alkotnak, amelyeket korábban az emberek lehetetlennek véltek. Folyamatosan emelik a gépek erejét, csökkentik az energiaigényét, méretét. Ha nehéz munkával sikerült a hatásfokot 20 százalékról 95 százalékra emelni, akkor további erőfeszítéssel biztos elérhető még tíz-húszszázaléknyi növekedés! A korlát szerintük technológiai és nem elvi. Márpedig a korábban elképzelt technológiai korlátok újabb és újabb átlépése, meghaladása szinte mindennapos hír. Csodálom a jó mérnökök ilyen hozzáállását, de mindez komoly frusztrációhoz, hiábavaló befektetésekhez, és áltudományos elméletekhez vezethet.
Az első örökmozgóterv, amiről írott emlék van, egy Brahmagupta nevű indiai matematikustól, csillagásztól származik még i. sz. 624-ből. Ugyan rajz nincs róla, de a leírás szerint egy kerék lehetett, amelynek vastag, üreges küllőibe félig higanyt töltöttek. Ha megforgatták a kereket, akkor a küllőkben a higany úgy mozgott, hogy mintegy hajtotta a kereket, annak forgása sose állt le – legalábbis a leírás szerint. Az örökmozgóépítés igazából a reneszánsz korában virágzott. Ekkor a kialakuló modern tudomány sikerei azt is sugallhatták, hogy bármilyen mechanikus munkagép megvalósítható, csak ügyesen kell összerakni a fogaskerekeket, ingákat, pumpákat, mágneseket. Az egyik legismertebb ilyen gép Robert Fludd vízemelője (1618). Ebben a magasabb víztartályból lefolyó víz egy vízimalmokban is használt vízkereket hajtott meg. A kerék áttétellel egy arkhimédészi csavarnak nevezett vízemelőt hajtott, ami a lefolyt vizet visszaemelte a felső tartályba. A kör bezárul, a gép örökké mozog, sőt a tervek szerint a kerékkel még ténylegesen akár malomkereket is lehet hajtani, azaz a géppel hasznos munka végezhető. Legalább ilyen ismertek az Orffyreus néven fellépő Johann Bessler nagy méretű kerekes örökmozgói, amelyeket sok helyen bemutatott az 1700-as évek elején olyan nagy tudósoknak is, mint például a híres matematikus Gottfried Leibniz.
| ||
Volt azonban egy probléma! Ha egy tudós, aki nem üzleti megfontolásból vagy megszállottságból, hanem tisztán tudományos érdeklődésből replikált egy-egy ilyen szerkentyűt – már ha egyáltalán a feltaláló volt olyan kegyes, hogy megossza vele a terveket –, akkor az sosem működött. Ennek ellenére jó száz év sikertelen próbálkozásai kellettek ahhoz, hogy tudományos körökben elterjedjen a vélemény: örökmozgót építeni lehetetlen. Ez a megállapítás akkor tényleg nem elveken, természeti „törvényeken” alapult, hanem a rengeteg negatív tapasztalaton. Nevezhetjük ezt így utólag az energiamegmaradás elve intuitív szakaszának, bár akkor még az energia fogalma sem volt ismert.
Szerintem a mai feltalálók még mindig azt képzelik, hogy ennyi a tudásunk az örökmozgókról.
Szerintük az energiamegmaradás tétele csupán negatív kísérleti tapasztalatokon alapul, tehát ha nagyon akarjuk, akkor van lehetőség az áttörésre. Tévednek, és mindjárt elmondom hogy miért, de azért érdemes megjegyezni, hogy a temérdek sikertelen próbálkozás miatt 1775-ben a Francia Tudományos Akadémia úgy döntött, hogy nem foglalkozik többet örökmozgó-tervek ügyeivel. A huszadik század elején az USA Szabadalmi Hivatala nem volt ennyire elzárkózó. Ott olyan szabályt hoztak, hogy csak akkor foglalkoznak örökmozgóval kapcsolatos beadványokkal, ha a gép működő példányát a feltaláló egy lezárt szobában elhelyezi, és ott egy éven keresztül folyamatosan üzemel. Ennek megfelelő találmányi regisztrációt a mai napig nem nyújtottak be.
Miközben az örökmozgó-építés sikerességébe vetett hit nagyon megcsappant, a tudomány haladt előre. Először a mechanikában, később a termodinamikában majd az elektromágnesesség területén matematikailag is megfogalmazták a különféle fizikai-kémiai rendszereket leíró egyenleteket. Pontosan hogyan mozognak a bolygók, mi befolyásolja a gőzgépek teljesítményét, hogyan hasznosul emésztéskor a táplálék energiája, miképpen függenek össze a mágneses és elektromos jelenségek. Az ezeket leíró elméletek mind összhangban voltak azokkal a tapasztalati, kísérleti megfigyelésekkel, miszerint a zárt rendszerek összenergiája változatlan, azaz az energia bennük megmarad. Tehát a temérdek kísérleti eredmény, tapasztalat és az előrejelzési képesség elképesztő módon beágyazta az energiamegmaradás elvét a világról alkotott tudományos képbe.
Az elv sérülése, cáfolata nem azért nem várható, mert tudósok karrierjüket féltve azt folyamatosan akadályozzák,
hanem azért, mert az elv hihetetlenül sikeres a megfigyelhető, tesztelhető természeti folyamatok magyarázatában. De tényleg sosem találtak olyan jelenséget, ami az energiamegmaradást cáfolta? Dehogynem – illetve mégsem! Nem is egy ilyen sztori van, az egyik a bétabomlás kutatásának története. A bétabomlás egyik verziójában valami történik az atommagban, aminek hatására az egyik kémiai elemből egy másik keletkezik, és közben az anyag elektronokat bocsát ki, amelyek mennyiségét és sebességét (azaz energiáját) mérni lehetett. Körülbelül ennyit lehetett tudni a folyamatról, amikor 1911-ben Lise Meitner és Otto Hahn a bétabomlást a 83-as rendszámú bizmut egyik radioaktív izotópjával vizsgálta. Ilyenkor a végtermék a 84-es rendszámú polónium és persze az elektron. Előzetes kutatások és elméletek alapján a két kutató úgy vélte, hogy a felszabaduló elektronok energiája (sebessége) mind megegyezik. Ehelyett a méréseik mindenféle, a kalkuláltnál kisebb értéket mutattak. Mintha elveszett volna energia, hol több, hol kevesebb. Komoly fizikusok gondolkodtak azon teljes joggal, hogy na, ez az az eset, amikor nem teljesül az energiamegmaradás elve.
Wolfgang Pauli nem tartozott ezek közé. Az energiamegmaradás eddig tapasztalt általánossága alapján ő inkább azt tételezte fel, hogy az energia itt is megmarad, és a „hiányzó” részt egy olyan távozó részecske viszi el, amelyet nem ismerünk, és amelyik semleges töltésű – ezért sem sikerült kimutatni. Bár ezt a rejtélyes elemi részecskét, a neutrínót csak 1956-ban tudták kísérletileg is kimutatni, Pauli 1930-as feltételezése alapján alig néhány évvel később, 1934-ben Enrico Fermi kidolgozta a bétabomlás – más nevén a gyenge kölcsönhatás – elméletét. A gyenge kölcsönhatás a ma ismert négy kölcsönhatás-féleség (erős, elektromágneses, gyenge, gravitáció) egyike. Mi az ilyen történeteknek a tanulsága?
Ha egy kísérlet eredménye ellentétben áll egy nagyon jól igazolt tudományos elmélettel, akkor az elmélet eldobása helyett nagyon is érdemes elgondolkodni azon a lehetőségen, hogy az elmélet továbbra is helyes, csak valamit benéztünk a kísérlet során.
Ha a 18–19. század előtti szakaszt az energiamegmaradás elv „intuitív” korának neveztük, akkor ez a majd’ két század a matematikailag „formalizált” kor. A technika, tudomány területén alkotott, a matematika nyelvén is megfogalmazott elméletek mind összhangban voltak az energiamegmaradás elvével.
| ||
De vajon lehet-e a tudományterületek, elméletek felett átívelően értelmezni az energiamegmaradás szükségszerűségét? Itt lépett a porondra a 20. század legelején Emmy Noether, német fizikus-matematikus. Híres matematikai tétele azt bizonyítja, hogy amennyiben egy fizikai rendszer mozgásegyenlete felírható egy speciális formában, és ha a vizsgált rendszer zárt, akkor abban a rendszerben az energia megmarad. A jelenleg ismert fizikai objektumok (makroszkopikus testek, elemi részecskék, különféle mezők) viselkedését leíró mozgásegyenletek mind ilyen struktúrájúak, felírhatók ebben a formában, tehát mindegyikükre igaz, hogy az általuk leírt rendszerekben az összes energia mennyisége állandó.
Ezzel Noether azt hiszem, beverte az utolsó szöget is az örökmozgókutatás koporsójába. Úgy érzem, hogy az örökmozgó-tervező feltalálók zöme nem vonja konkrétan kétségbe a fizikai elméletek, egyenletek helyességét, legalábbis nem mutattak rá eddig azok hibájára, vagy nem állítottak fel jobb elméleteket. Inkább az az intuíciójuk, hogy ezekből az elméletekből nem következik, hogy egy – szerintük – speciális elrendezésben esetleg ne lehessen az energiamegmaradás elvét kijátszani. A Noether-tétel azért megsemmisítő erejű, mert a hatálya alá eső elméletek általános struktúrája és nem egyedi esetekre való alkalmazása alapján von le matematikai következtetést.
Bárhogy is trükközünk azzal, hogy milyen pályán, milyen gyorsulással mozognak, rezegnek a súlyok, karok, mágnesek, elektromos tekercsek, hogy a dugattyúkban hogyan változik a nyomás, térfogat vagy a hőmérséklet, a teljes energia mennyisége zárt rendszerben állandó marad.
Ez pedig azt jelenti, hogy energia a semmiből nem teremthető.
Egy kicsit is bonyolultabb örökmozgó-tervben gyakran csak nagyon nehezen lenne felfedezhető az a hiba, az a lépés, amely ellentmond valamilyen elfogadott fizikai törvénynek, és ami miatt egy ténylegesen megépített eszköz nem működne. Az eddigiekből már talán nyilvánvaló, hogy a feltalálókat a rajzaik, elméleteik áttekintése nélkül elutasító tudós nem arrogáns. Elképesztő mennyiségű, egymással rendkívül komplexen összefüggő, egymást megerősítő megfigyelés és elmélet által támogatott általános elvre, az energiamegmaradás elvére alapozva utasítja el a magányos feltaláló papíron felskiccelt, soha meg nem épített szerkentyűjének részletes vizsgálatát.
Ha valaki azt képzeli, hogy ezzel végleg lesöpörtük az asztalról az örökmozgókat, akkor téved. Vannak örökmozgó-tervezők, akik az eddig említettekkel ellentétben nem is állítják, hogy a semmiből termelnének energiát. Rámutatnak az energiaforrásra, és annak kiaknázására építenék meg gépüket. Például azt a hajót, amely a tengervíz hőenergiáját csapolná meg és használná hasznos munkára. Kit érdekel, hogy közben a víz egy parányit lehűl! Lehetséges ilyesmi? Erről majd máskor.
_____
A „hamis dilemma” egyrészt az egyik leggyakoribb érvelési hiba, ami úgy állít be egy vitát vagy problémát, mintha csak két alternatíva közül lehetne választani. Másrészt viszont itt a Narancsszkeptikus blogja, amelynek szerzője Hraskó Gábor biológus, informatikus, tudományos újságíró. A minden szerdán jelentkező blogon a csillagok állásától a tudatos álmodásig mindenről szó lesz, aminek hallatán valamirevaló tudós dühösen felhorkantva legyintgetni kezd. A blog kicsit hosszabb bemutatkozását itt lehet elolvasni.
