Betiereko mugimendu

Betiereko mugimendua gorputzen mugimendua bat da betiko jarraitzen duena asaldatu gabeko sistema batean. Betiereko mugimenduaren makina gailu hipotetiko bat da, infinituki funtziona dezakeena kanpoko energia-iturririk gabe. Makina mota hori ezinezkoa da, termodinamikaren lehen edo bigarren legea edo biak hautsiko bailituzke. Oraindik ere, nazioartean, latinezko esamoldea erabiltzen da betiereko mugimenduaren makina izendatzeko: perpetuum mobile.

Termodinamikaren lege horiek sistemaren tamaina edozein dela ere aplikatzen dira. Adibidez, planetak bezalako zeruko gorputzen mugimenduak eta errotazioak betierekoak dirudite, baina, berez, beren energia zinetikoa pixkanaka xahutzen duten prozesu askori lotuta daude, hala nola eguzki-haizeari, izarren arteko erresistentzia ertainari, erradiazio grabitazionalari eta erradiazio termikoari, eta, beraz, ez dira betiko mugitzen jarraituko.

Hala, energia iturri finituetatik erauzten duten makinek ez dute mugarik gabe funtzionatuko, iturrian metatutako energiak eroaten baititu; energia hori agortuko da. Adibide arrunt bat itsaslasterrek elikatutako gailuak dira. Horien energia, azken batean, Eguzkitik dator, eta, azkenean, xahutuko egingo da. Iturri ilunagoen bidez propultsatutako makinak proposatu dira, baina lege saihestezin berak dituzte, eta, azkenik, amaitu egingo dira.

2016. urtean, materia-egoera berriak aurkitu ziren, denbora-kristalak. Horietan, eskala mikroskopikoan, atomo osagaiak etengabeko mugimendu errepikakorrean daude, eta, hala, "betiko mugimendua" hitzez-hitzezko definizioa betetzen da. Hala ere, horiek ez dira mugimendu iraunkorreko makinak zentzu tradizionalean, edo lege termodinamikoak urratzen dituzte beren oinarrizko egoera kuantikoan daudelako, eta, beraz, ezin da energia atera; energiarik gabeko mugimendua erakusten dute.

Historia 
Betiereko mugimendu-makinen historia Erdi Arotik aurrera hedatu da. Milurtekoetan zehar ez zegoen argi mugimendu iraunkorreko gailuak posible ziren ala ez, baina termodinamikaren teoria modernoen garapenak ezinezkoak direla frogatu du. Hala ere, saiakera asko egin dira makina horiek eraikitzeko, eta garai modernoetan jarraitu dute. Diseinatzaile eta defendatzaile modernoek beste termino batzuk erabiltzen dituzte maiz, hala nola "unitateaz gaindikoa", beren asmakizunak deskribatzeko.

Oinarrizko printzipioak 
Sistema isolatu bateko mugimendu iraunkorrak termodinamikaren lehen legea, termodinamikaren bigarren legea edo biak urratzen dituela dioen adostasun zientifikoa dago. Termodinamikaren lehen legea energia kontserbatzeko legearen bertsio bat da. Bigarren legea hainbat modutan formulatu daiteke, intuitiboena da beroa berez leku beroagoetatik toki hotzagoetara jariatzen dela; izan ere, lege horren arabera, prozesu makroskopiko bakoitzean marruskadura dago edo hartatik hurbil dagoen zerbait; beste adierazpen bat da bero-motor bat (tenperatura altu bateko beroa tenperatura baxu batera mugitzean lana sortzen duen motorra) ezin dela izan Carnoten bero motor bat baino eraginkorragoa.

Bestela esanda:

 Edozein sistema isolatutan ezin da energia berririk sortu (energia kontserbatzeko legea). Horren ondorioz, eraginkortasun termikoa —sortutako lan-potentzia zati sarrerako berokuntza-potentzia— ezin da bat baino handiagoa izan.
 Bero-motorren irteerako lan-potentzia sarrera-berogailuaren potentzia baino txikiagoa da beti. Hornitutako gainerako energia termikoa bero gisa galtzen da ingurunean. Beraz, eraginkortasun termikoak beti bat baino txikiagoa den maximo bat du, Carnoten efizientziak emana.
 Benetako bero-motorren eraginkortasuna are txikiagoa da Carnoten eraginkortasuna baino, prozesuen abiaduraren ondoriozko itzulezintasuna dela eta, marruskadura barne.

2. eta 3. adierazpenak motor termikoei aplikatzen zaizkie. Bestelako kasuetan, adibidez energia mekanikoa energia elektromagnetikoan eraldatzen dutenak, ezin du %100eko eraginkortasunarekin funtzionatu, ezinezkoa baita energia xahutzen ez duen edozein sistema diseinatzea.

Iturri ez-konbentzionaletatik energia hartuz termodinamikaren bi legeak betetzen dituzten makinei mugimendu iraunkorreko makina deritze batzuetan, nahiz eta ez dituzten betetzen izenaren irizpide estandarrak. Adibide gisa, erlojuak eta potentzia txikiko beste makina batzuk, hala nola Cox erlojua, presio barometrikoaren edo gauaren eta egunaren arteko tenperaturaren arteko diferentzietan funtzionatzeko diseinatu dira. Makina horiek energia-iturri bat dute, baina ez da oso erraza; beraz, termodinamikaren legeak urratzen dutela ematen du, baina ez da horrela.

Energia bizitza luzeko iturrietatik -itsaslasterretatik, adibidez- erauzten duten makinak ere eraitsi egingo dira energia-iturriek ezinbestean hala egiten dutenean. Ez dira mugimendu iraunkorreko makinak, kanpoko iturri batetik energia kontsumitzen dutelako eta ez direlako sistema isolatuak.

Sailkapena 
Betiereko mugimenduko makinen sailkapen batek makinek bortxatu nahi duten termodinamikaren lege partikularrari egiten dio erreferentzia:

 Lehen motako mugimendu iraunkorreko makina batek energia sartu gabe lan egiten du. Horrela, termodinamikaren lehen legea urratzen du: energia kontserbatzeko legea.
 Bigarren motako mugimendu iraunkorreko makina bat energia termikoa bat-batean lan mekaniko bihurtzen duen makina da. Energia termikoa egindako lanaren baliokidea denean, horrek ez du energia kontserbatzeko legea urratzen. Hala ere, termodinamikaren bigarren lege hausten du, sotilagoa dena (ikus entropia). Bigarren motako mugimendu iraunkorreko makina baten sinadura hauxe da: bero-biltegi bat baino ez dago tartean, eta berez hozten da, biltegi hotzago batera beroa transferitu gabe. Termodinamikaren bigarren legearen arabera, beroa lan erabilgarri bihurtzea ezinezkoa da, albo-ondoriorik gabe.
 Hirugarren motako mugimendu iraunkorreko makina bat, oro har (baina ez beti), honela definitzen da: marruskadura eta beste indar disipatzaile batzuk erabat ezabatzen dituena, higidurari betiko eusteko masa-inertziaren ondorioz (kasu honetan hirugarrena aurreko sailkapen-eskemako posizioari dagokio, ez termodinamikari buruzko hirugarren legeari). Ezinezkoa da makina hori egitea, disipazioa ezin baita inoiz guztiz ezabatu sistema mekaniko batean, sistema bat ideal horretara iristen den hurbila kontuan hartu gabe.

Ezintasuna 

"Ezintasun epistemikoak" lege fisikoen gaur egungo formulazioan guztiz gertatu ezin diren gauzak deskribatzen ditu. "Ezinezkoa" hitzaren interpretazio hori da sistema itxi batean betiko mugitzea ezinezkoa dela eztabaidatzen denean lortu nahi dena.

Kontserbazio-legeak bereziki sendoak dira ikuspuntu matematikotik. Noetherren teoremak (1915ean matematikoki frogatua) dio edozein kontserbazio-lege sistema fisiko baten ekintzari dagokion simetria jarraitutik erator daitekeela.  Energiaren kontserbazioaren simetria lege fisikoen denbora-inbariantzia da. Beraz, fisikaren legeak denborarekin aldatzen ez badira, energiaren kontserbazioak jarraitu egiten du. Energiaren kontserbazioa bortxatu eta betiereko mugimendua ahalbidetzeko, fisikaren oinarriak aldatu beharko lirateke.

Fisikaren legeak denborarekin aldatzen ote diren jakiteko ikerketa zientifikoek teleskopioak erabiltzen dituzte unibertsoa iragan urrunean aztertzeko, eta, gure neurketen mugetaraino, iraganeko izarrak gaur egungoen berdin-berdinak ote diren jakin nahi du. Zenbait neurriren konbinazioak, hala nola espektroskopiak, argiaren iraganeko abiaduraren zuzeneko neurketak eta antzeko neurketek, frogatzen dute fisikak funtsean berdin iraun duela, berdin-berdin ez bada, milaka milioi urte hartzen dituen denbora behagarri osoan.

Termodinamikaren printzipioak hain ondo ezarrita daude, bai teorikoki bai esperimentalki, etengabeko mugimenduko makinen proposamenei sinesgaitz erantzuten dietela fisikariek. Proposatzen den mugimendu iraunkorreko edozein diseinuk erronka pedagogikoa eskaintzen die fisikoei: ziur gaudenez ezin duela funtzionatu, azaldu behar dena da nola ez dabilen. Ariketa horren zailtasuna (eta balioa) proposamenaren sotiltasunaren araberakoa da; onenak fisikarien pentsamendu-esperimentuetatik sortzen dira, eta, askotan, fisikaren zenbait alderdiren berri ematen dute. Adibidez, Gabriel Lippmannek lehen aldiz eztabaidatu zuen trinket browndarraren esperimentu mentala 1900ean, eta Marian Smoluchowskik azalpen egokia eman zuen zergatik ez duen funtzionatzen. Hala ere, 12 urteko aldi horretan zientzialariek ez zuten uste makina posible zenik. Ez zekiten, besterik gabe, zer mekanismoren bidez huts egingo zuen ezinbestean.

Teknikoak 
Ideia komun batzuk behin eta berriz errepikatzen dira mugimendu iraunkorreko makinen diseinuetan. Gaur egun oraindik ere agertzen diren ideia asko 1670ean onartu zituen John Wilkinsek, Chesterreko gotzain eta Royal Societyko funtzionarioak. Hiru botere-iturri potentzial zirriborratu zituen betiko mugimendu-makina batentzat: "Erauzketa kimikoak", "Dohain magnetikoak" eta "Grabitatearen Afektu Naturala".

Itxuraz misteriotsua dirudien arren, imanek distantzia batera mugitzeko gaitasuna dute, itxuraz energia-iturririk gabe, eta denbora luzez izan dira asmatzaileentzat akuilu. Motor magnetiko baten lehen adibideetako bat Wilkins-ek proposatu zuen, eta ordutik asko kopiatu da: goialdean iman bat duen arrapala bat da, metalezko bola bat arrapalarantz bultzatu zuena. Imanetik gertu zulo txiki bat zegoen, bola arrapalaren azpian erori eta hondora itzultzeko aukera ematen zuena, eta zintzilikario batek goiko aldera itzultzeko aukera ematen zion. Hala ere, imanak bola gorantz bultzatzeko bezain indartsua izan behar badu, orduan ezin da izan grabitateak zulotik bira dezan behar bezain ahula. Arazo horren aurrean, bertsio modernoenek zenbait arrapala eta iman erabiltzen dituzte, mugitzen den bitartean pilota iman batetik bestera eramateko. Arazoa lehengo bera da.

Grabitateak distantzia batera ere eragiten du, itxuraz energia-iturririk gabe, baina grabitazio-eremu batetik energia lortzeko (adibidez, objektu astun bat erortaraziz, erortzen den heinean energia zinetikoa sortuz), batek energia jarri behar du (adibidez, objektua altxatuz), eta energiaren bat beti disipatzen da prozesuan. Etengabeko mugimendu-makina batean, grabitatearen ohiko aplikazio bat Bhaskararen XII. mendeko gurpila da. Haren ideia nagusia behin eta berriz errepikatzen den gaia da, askotan gain-orekatutako gurpila deritzona: mugimenduan dauden pisuak gurpil bati lotuta daude, halako moldez non gurpilaren erditik urrunago erortzen baitira gurpilaren errotazioaren erdirako, eta erditik hurbilago beste erdirako. Zentrotik urrunen dauden pisuek pare handiagoa ematen dutenez, gurpila betiko biratuko zela pentsatu zen. Hala ere, zentrotik urrunen dagoen aldeak beste aldeak baino pisu gutxiago duenez, momentu horretan momentua orekatua da eta ez da mugimendu betiereko bat lortzen. Pisu mugikorrak mailuak izan daitezke tiratutako besoetan, edo bola birakariak, edo merkurioa hodietan; oinarria bera da.

Beste makina teoriko batek marruskadurarik gabeko giroa erabiltzen du mugimenduarentzat. Horrek esan nahi du objektu batek flotatzeko lebitazio diamagnetikoa edo elektromagnetikoa erabili behar dela. Hori hutsean egiten da, airearen marruskadura eta ardatz baten marruskadura ezabatzeko. Orduan, objektu lebitatua ez da biratzen grabitate-zentroaren inguruan interferentziarik gabe. Hala ere, makina horrek ez du helburu praktikorik, biratutako objektuak ezin baitu lanik egin, lanak eskatzen baitu objektu lebitatuak beste objektu batzuetan mugitzea, arazoari marruskadura eraginez. Gainera, hutsune perfektua lortu ezin den helburua da, edukiontzia eta objektua bera pixkanaka lurruntzen baitira, eta horrela hutsa degradatzen baita.

Lana berotik ateratzeko, bigarren motako mugimendu iraunkorreko makina bat sortuz, norabide bakarreko ikuspegia da (Maxwellen deabrua bezain zaharra, gutxienez). Behar bezain azkar eta norabide egokian mugitzen diren molekulak soilik onartzen dira deabruaren tranparen atetik. Trinket browndarrean, trinketa biratzeko joera duten indarrak biratzeko gai dira, eta beste norabideko indarrak, berriz, ez. Bero-bainu bateko diodo batek norabide bateko korronteen bidez ahalbidetzen du, eta ez bestean. Eskema horiek bi eratara egiten dute huts: noranzko bakarrari eustea garestia da (Maxwellen deabruari eskatzea lan termodinamikoagoa egin dezala molekulen abiadura neurtzeko sortutako tenperatura-diferentziak irabazitako energia kantitatea baino) edo noranzko bakarrekoa ilusioa da, eta noizbehinkako arau-hauste txikiek arau-hauste txiki eta ohikoak konpentsatzen dituzte (trinket browondarrak itzulera jasango du).

Flotagarritasuna da askotan gaizki ulertu den beste fenomeno bat. Proposatutako mugimendu-makina batzuek galdu egiten dute fluido batean aire-bolumen bat beherantz bultzatzeko grabitatearen kontrako fluido-bolumena igotzeko egiten den lan bera hartzen duela. Makina mota horiek pistoiak dituzten bi ganbera eta airea goiko ganberatik behekora ateratzeko mekanismo bat izan ditzakete, gero flotatzaile bihurtzen dena eta goiko aldera flotatzen duena. Diseinu horietako estutze-mekanismoa ez litzateke gai izango airea jaisteko lan nahikoa egiteko, edo ez luke lan gehiegi utziko ateratzeko.

Konspirazio-teoriak 
Pseudozientifikotzat baztertuak izan arren, betiko mugimendu-makinak konspirazio-teorien gune bihurtu dira, eta argudiatu dute korporazioak edo gobernuak publikoarengandik ezkutatzen ari direla, eta kontrol ekonomikoa galduko luketela energia merkea sortzeko gai den energia-iturri bat izanez gero.

Erreferentziak

Kanpo estekak 

Pseudozientzia
Termodinamika