「第三種永久機関」という科学用語は存在しません（これは冗談です）
これはロシアの科学ジャーナル「エレメント」のポスターとその記事です．
著者: Евгений Филатов, Вячеслав Федосеев. 絵: Татьяна Делягина.
https://old.elementy.ru/posters/perpetuum

ポスターで取り上げられているいくつかの代表的発明の図をご覧ください：

１．第一種永久可動装置

楽曲でperpetuum mobile(無窮動）はラテン語で永久運動の意味です．動き出すと、外部からエネルギーを借りることなく無限の時間動作する想像上の機械（何もないところからエネルギーを得る）を永久機関といいます。

永久機関のアイデアは、 13 世紀にヨーロッパで生まれました (ただし、永久機関の最初の草稿が 12 世紀にインドのバスカラによって提案されたという証拠があります)。これ以前は、永久機関のプロジェクトは知られていません。多くのメカニズムを開発し、自然研究への科学的アプローチの基礎を築いたギリシャ人とローマ人には、永久機関の着想はありませんでした。その理由は、古代の奴隷の形の安価な事実上無制限の労働力があり、安価なエネルギー源の開発を妨げていたと科学者たちは考えています。

12～13世紀に十字軍が始まり、ヨーロッパ社会が動き出しました。メカニズムを動かす機械が改良されました. これらは主に水車と動物 (馬、ラバ、円周に沿って歩かされる雄牛) によって駆動される水車でした。それから、より安価なエネルギーで駆動する効率的な機械を考え出すというアイデアが生まれました。エネルギーが何もないところから得られれば費用はかかりません。

永久機関のアイデアは、16 ～ 17 世紀の機械生産への移行時代にさらに普及しました。知られている永久運動プロジェクトの数は 1,000 を超えています。永久機関の作成を夢見ていたのは教育水準の低い職人だけでなく、当時の著名な科学者たちもそうでした。

すでに 15 ～ 17 世紀には、レオナルド・ダ・ヴィンチ、ジロラモ・カルダノ、サイモン・ステヴィン、ガリレオ・ガリレイなどの先見の明のある博物学者が、「永久機関を作ることは不可能である」という原則を定式化しました。サイモン・ステヴィンは、この原理に基づいて、傾斜面上の力の釣り合いの法則を導出した最初の人物であり、最終的に三角形（平行四辺形）の法則による力の合成の発見につながりました（ベクトルの合成)。

何世紀にもわたる永久機関の開発努力の結果、18 世紀半ばまでに、ほとんどの科学者は、実験事実として、これを行うことは不可能であると信じ始めました。

1775 年以来、フランス科学アカデミーは永久機関のプロジェクトは拒否しましたが、その当時でさえ、フランスの学者は、無からエネルギーを引き出す可能性を根本的に否定する確固たる科学的根拠を持っていませんでした。

何もないところから仕事を得ることが不可能であることは、普遍的で最も基本的な自然の法則の1つである「エネルギー保存の法則」の成立で正当化されました。

まず、1686 年にゴットフリート・ライプニッツが力学的エネルギー保存則を定式化しました。そして、自然界の普遍的な法則としてのエネルギー保存の法則は、ユリウス・メイヤー (1845)、ジェームズ・ジュール (1843–50)、ヘルマン・ヘルムホルツ (1847) によって独自に策定されました。

医師のメイヤーと生理学者のヘルムホルツは、最後の重要な一歩を踏み出しました。彼らは、エネルギー保存の法則が動物にも植物にも有効であることを発見しました。それ以前は「生命力」という概念があり、動物や植物は物理法則が成り立たないと考えられていました。こうして、エネルギー保存の法則は、既知の宇宙全体に対して確立された最初の法則になりました。

エネルギー保存則の一般化の最後の仕上げは、アルバート・アインシュタインの特殊相対性理論 (1905) でした。彼は、質量保存の法則がエネルギー保存の法則の一部であることを示しました。エネルギーと質量は、式$${E = mc^{2}}$$に従って等価です（ここで$${c}$$ は光速）。

２．第二種永久可動装置
18 世紀には、蒸気エンジンとその機構が普及しました。熱機関を製作するための一般的な法則を構築しようとした物理学の部分は、熱力学として知られるようになりました. エネルギー保存則は、熱力学第一法則とも呼ばれます。その原理が熱力学の第一法則と矛盾する永久運動機械は、第一種の永久運動機械と呼ばれるようになりました。

しかし、エネルギー保存の法則と矛盾しない、永久機関の別の一般的なアイデアがありました。エンジン内の仕事は、高温の物体がガスまたは蒸気に熱を放出し、蒸気がピストンを動かすなどの仕事をするときに行われることが知られていました。例えば、海には膨大な熱エネルギーが集中しています。海の温度を下げることでエネルギーを海から取り出せば、このエネルギーは、例えば船のエンジンの稼働を維持したり、海に発電所を作ったりするのに十分です。

しかし、冷たい物体から熱い物体にエネルギーを渡す方法がないことが判明しました。しかし、永久機関を作るにはこれが必要です。

サディ・カルノーの研究に基づいた熱力学の発展の結果として、ルドルフ・クラウジウスは、熱が冷たい物体から熱い物体に自発的に移動するプロセスは不可能であることを示しました。この場合、直接の移行が不可能であるだけでなく、機械や器具の助けを借りて自然界で何の変化も起こさずにそれを実行することも不可能です.

ウィリアム・トムソン (ケルビン卿) は、第 2 種の永久機関不可能の原理を定式化しました (1851 年)。

分子の概念に基づいた統計熱力学が作られたとき、熱力学の第二法則がその説明を見つけました。冷たい物体から熱い物体への熱の移動は原理的には可能性がありますが、壊滅的に起こりそうにないイベントです。そして自然界では、最も可能性の高いイベントが実現されます。

３．第三種永久可動装置

それにもかかわらず、「無」からエネルギーを取り出せたという発明者は今でもまだいます。
「何もない」ことは「物理的真空」と呼ばれ、「物理的真空」から無制限の量のエネルギーを抽出したいと考えます。彼らのデザインは、何世紀も前の先人たちと同じくらいシンプルで素朴です。新しい永久機関は「真空発電所」と呼ばれました。発明者は、そのようなエンジンの素晴らしい効率を報告しています。これは、物理学分野における現代のエンジニアのトレーニング不十分であることを示しています。

残念ながら、永久機関の作製者には別のカテゴリがあります。これらはデマ、狡猾、詐欺師です。例を 2 つだけ示します。

レオナルド・ダ・ヴィンチ
レオナルド・ダ・ヴィンチは偉大な芸術家であるだけでなく、エンジニア、休日・娯楽アトラクション組織者でもありました。彼はまた、永久機関を作るために数年間懸命に努力しましたが、それが不可能であるという結論に達しました。
以下は、15 世紀末に語られた、永久機関の問題を理解する上で非常に重要な彼の言葉です：
永久運動の源である永遠の車輪構築の探求は、人間の最も無意味な妄想の1つと言えます。何世紀にもわたって、油圧や軍用機械などを扱うすべての人が、永久機関を探すために多くの時間とお金を費やしてきました。しかし、金の探求者 (錬金術師) の場合と同じことが、彼ら全員に起こりました。成功を妨げる小さなことが常にありました。私の小さな仕事は彼らに利益をもたらします。彼らは約束を果たさずに王や支配者から逃げる必要がなくなります。

永久機関の制作は不可能であることを明確に理解していたにもかかわらず、レオナルドのノートには、永久機関の「実用モデル」と思われるものを一般に公開する準備ができていたと書かれています。レオナルドは、架空の永久機関の図面に関する解説の中で、次のように書いています。この永久機関はアルキメデスの法則に基づいており、エンジンが動かないことを知っていたので、レオナルドは「生きた水」の目に見えない流れを組織化することを意図しました。歴史家は、レオナルド・ダ・ヴィンチがでっちあげに頼った理由を推測していますが、事実は残っています。偉大な自然科学者でさえ、非科学的な動機に駆り立てられることがよくあります。無私無欲に自分の推測を信じて、自分たちの、この場合は非現実的なデバイスを開発するために彼らから資金を得ようとする力を持った危険なゲームに引き込まれている普通のエンジニアは、多くの場合、「約束を守れずに王や支配者から逃げる」必要がありました。
次は、永久機関と思われる機械を大金で買いそうになったピョートル大帝の物語です。

ピョートル1 世（大帝）は、工業生産と造船に傑出した組織者でした。彼はほとんどのプロジェクトの技術的な詳細を掘り下げましたが、もちろん、永久機関の問題についても心をくだきました。1715 年から 1722 年にかけて、ピーターはオルピュレウス博士の永久機関を購入するために多くの労力を費やしました。オルピュレウスの「自走式車輪」は、おそらくこれまでで最も成功した永久機関のデマでした。発明者は自分の車を 100,000 エフィモク (ターラー) [18cの西ヨーロッパ銀貨]で売ることに同意しました。1725 年の初めに、ピョートル大帝はドイツで永久機関を個人的に検査したいと考えましたが、すぐにピョートルは亡くなりました。

これは、状況の力を信じたくなる、詐欺師になった成功したエンジニアの典型的な道です。オルピュレウスは 1680 年にドイツで生まれ、神学、医学、絵画を学び、ついに「永久」モビールの発明に携わりました。1745年に亡くなるまで、彼はまともな収入で暮らしていました。最初は見本市で車を見せ、次にポーランドの王やヘッセン=カッセル方伯などの強力な後援者と一緒に車を見せました。

ヘッセン＝カッセル方伯は、オルピュレウスの永久機関の本格的なテストを手配しました。部屋のエンジンは閉じられて始動し、部屋は施錠され、密閉され、警備されました。2 週間後、部屋が開かれましたが、車輪はまだ「とてつもない速さで」回転していました。

その後、領主は別のテストを手配しました。マシンが再起動され、40 日間、部屋に誰も入室しませんでした。部屋を開けた後、機械は働き続けました。

不正な発明者は、ランドグレイブから、「永久機関」が毎分 50 回転し、16 kg を 1.5 m の高さまで持ち上げることができ、ふいごやグラインダーも駆動できるという論文を受け取りました。そのため、ピョートル大帝は素晴らしい機械に興味を持つようになりました。

しかし、誰もがオルピュレウスを信じたわけではありません。彼の不正行為を見つけた人には、1,000 マルクという非常に大きなボーナスが提供されました。

しかし、よくあることですが、オルピュレウスは家庭内の争いの犠牲になりました。彼は、「永久機関」の秘密を知っている妻と彼女のメイドと口論した。「永久機関」は、人々がいつの間にか細いひもを引っ張ることによって実際に動いていたことが判明しました。これらの人々は、発明者と彼のメイドの兄弟でした。オルピュレウスは確かに非常に優れた発明家であり、これらの人々をヘッセン＝カッセル方伯の密室に数週間隠すことができれば危険人物でした。結局のところ、彼らは何かを食べるだけでなく、トイレに行かなければなりませんでした。

オルピュレウスが頑固に、彼の妻と使用人が悪意から彼について報告したと主張したことは特徴的です：「全世界は信じられないほど邪悪な人々でいっぱいです」

ピョートル大帝の特使であり、オルピュレウスとの契約の準備に携わった司書兼科学者のシューマッハは、フランスとイギリスの科学者は「これらの永久機械は作動せず、数学的原理に反していると言つています」とピョートルに手紙を書きました。これは、エネルギー保存則が定式化される 130 年前に、ほとんどの科学者が永久機関を作ることは不可能であると確信していたことを示唆しています。