永久機関が作れない理由

なぜ、永久機関がつくれないのでしょうか。
（ここでの永久機関は、摩擦なしの場合に単に動き続けるものではなく、与えたエネルギー以上のエネルギーを取り出せるものとします。）

作れないことが理論的に証明されているのでしょうか。
それとも、実験や観測結果からの経験則でしょうか。

No.17 回答者： nonamenomoney 回答日時： 2013/01/07 20:40

http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question …

この回答へのお礼

説明がなく、URLだけ貼り付けられている回答は控えていただきたいと思います。

お礼日時：2014/07/06 11:44

No.16 回答者： getmilejp 回答日時： 2011/07/22 14:57

これなんか完成してるんでないかな

http://peswiki.com/index.php/Directory:_Mechanic …

参考URL：http://peswiki.com/index.php/Directory:_Mechanic …

この回答へのお礼

自動締切されてしまいました。
内容は確認中です。

お礼日時：2014/07/06 11:43

No.15 回答者： cocacola2010 回答日時： 2011/06/28 00:57

No9です。

時代に沿って熱力学までちょっと書いてみたいと思います。

まず
「永久機関がどうしても作れなかったから、エネルギー保存則が成り立つ」
というのは、直感的にも根拠が薄いのは理解している思います。

物理のマナーに沿ってエネルギー保存則を経験則的に主張したいなら

エネルギーという物理量を定量化し（数値で表せるようにし）
多種多様な実験を行い、その前後でその数値が一致しているということを
述べなければなりません。

エネルギーの定義ってなんなのでしょうか。

初めてエネルギーを定量的に表したのが、ニュートン力学です。
ニュートン力学は３つの法則（運動の法則）を根拠としています
・慣性の法則
・運動方程式 F=ma (質点の加速度は加えられた力に比例し、質量に反比例する)
・作用反作用の法則（２つ質点の間に働く力は大きさが等しく、逆向きである）

これらの根拠は、物体の運動（時間、位置、速度、加速度etc）を定量的に表し
解析することによって検証することができます。（永久機関云々とは関係なく）
この基本法則から演繹的にあらゆる運動を説明しようというのがニュートン力学です。

運動方程式F=maは微分方程式です。微積を用いて式変形をすると

動いた距離×その間働いていた力　＝　1/2・mv^2　の変化分　　・・・（*)式

という式が登場します。
我々が現在「運動エネルギー」と呼んでいるものは上式の1/2・mv^2です。
以降この物理量をとりあえず「エネルギー」と呼ぶことにします。
左辺は「仕事」と呼ばれています。

上式は
仕事をする（力を加えて動かす）とエネルギーが変化する
という現象を定量的に（数値的に）表したものです。
定量的に表されているので、この等式は実験から（質量、速度、力、距離）を測定すること
によって検証可能です。

エネルギーが定義できたので、理屈の上で永久機関を作ることを考えましょう。

質点を手で動かし続ける・・・というのは、反則ですので
「自然に発生する力」を使いましょう。例えば重力。

重力は中心からの距離の２乗に反比例します。
この様な力場に関して数学的に次のようなことが言えます。
「閉経路線積分が０」
言い換えるとぐるぐる回るような力場ではないという意味です。
これに「仕事」の定義を適用すると次の様なことが言えます。
「どのような運動をした後だろうと、質点が元の位置に戻れば仕事が0」
これはつまり
「どのような運動をした後だろうと、質点が元の位置に戻ってきた時エネルギーは変化していない」

これではエネルギーを生み出せません。
重力に限らず、あらゆる「中心からの距離で決まる力」に関してこのことが言えます。

ただし質点が「別の位置」にあればエネルギー差が存在します。
上記の様な力場の場合、エネルギー差は運動の仕方に関わらず「位置」で決まり
このエネルギー差を「位置エネルギー」、もしくは潜在的にエネルギーを生み出し得る
という意味で「ポテンシャル」と呼びます。
これをエネルギーの一形態と見なすと、(*)式より
位置エネルギー＋運動エネルギー＝一定（力学的エネルギー保存則）
が導かれます。

上記の議論では、動かない力場中の質点を扱っただけなので
「力場を持つ物体を運動させたり、物体の形状を工夫したりすれば
　永久機関は可能ではないか」
と主張出来ます。

しかしこれは、
「物体は力場を持つ質点の集合である」と見なした「質点の力学」で否定されます。
解説はNo9に記載したURLに譲ります。
定性的には、
「質点間の力が作用反作用の法則を満たすので、質点をどう組み合わせても
力学的エネルギーの法則が成り立つ」
と説明できます。


ここまでがニュートン力学におけるエネルギーに関する説明で
No9のURLの説明を噛み砕いた内容です。

＜作れないことが理論的に証明されているのでしょうか。
＜それとも、実験や観測結果からの経験則でしょうか。

という質問には、ニュートン力学の視点からは
「エネルギー保存則は、根本となる力場が閉経路線積分が０を満たす限りは、
運動の挙動から得られた基本方程式によって理屈上（理論上）導出できる。」
「実験や観測結果から定量的（数値的に）エネルギーが保存していることを経験的に確認できる」
と回答できます。


ここからさらに、熱力学の分野に進みます。
現代の常識では、「熱」は「分子の振動」という「現象」です。
熱力学勃興以前は、そもそも現代の「分子」という概念が固まっていない時代です。
当時は、熱は「熱素」という元素によるものだと信じられていました。
蒸気機関も発明されていた時代ですし、ニュートン力学にない「熱素」
を使えば永久機関が可能かもと考えた科学者もいたようです。

ニュートン力学のエネルギー保存則を述べましたが、
エネルギーが分子振動などに変わってしまった場合、その運動を観測することが
事実上不可能です。
よって見かけ上「摩擦によってエネルギーを失った」といったことが起こり得ます。
これを打開したのがジュールです。

ジュールは液体に「仕事」を行なうとそれに比例して「温度」が上がることを実験的に示しました。
つまり「熱ってニュートン力学のエネルギーと同じ存在じゃないの？」と気づいたわけです。
当時分子の微視的な挙動はイメージできておらず、熱が運動エネルギーによるものなのか
位置エネルギーによるものなのかも分っていませんでしたが、
この類推が間違っていなければ「熱も含めたエネルギー保存則」が成り立つ道理です。

また、当時ボイルシャルルの法則（気体の体積、圧力、温度に関する法則）が知られていましたが
方程式の数より変数のほうが多いので、現象を完全に記述できませんでした。
これに「エネルギー保存則」を組み込めば体系として一応確立します。
そして組み込んで実験結果との整合性を図ると、現象をうまく説明できていたわけです。
こうして「熱力学第一法則」が市民権を得ていきます。


時代が進むと分子の概念や数学的基盤が発達し、分子の微視的な運動論から
気体の体積、圧力、温度、エネルギーなどの物理量が力学の物理量を用いて
ボトムアップ的に説明されるようになりました。
これが統計（熱）力学です。
これにより「熱」が「力学」の範疇にあることが確定的になり、
熱を使った永久機関は理屈の上では作れないことになります。

「熱を含めたエネルギー保存則」も仕事量と温度の変化量の関係を実験的に確認することで
検証できます。

エネルギー保存則は各々特有の妥当性を持って各分野に適応されます。
そしてそれはおそらく質問者さんが考えているよりも複雑で泥臭い論理です。
（不勉強なので全ての分野について私は説明できません）
そしてそれらにより理屈の上では永久機関は存在しないと考えられています。
当たり前ですが、現在確認されていない未知の力や、未知の原理・法則
について話が及ぶならエネルギー保存則は保障出来ません。


これで解答になっていると良いですが。

この回答へのお礼

> これで解答になっていると良いですが。

はい、ありがとうございます。
大変よくわかりました。

お礼日時：2011/07/02 14:32

No.14 回答者： fxq11011 回答日時： 2011/06/27 01:08

「永久」は言葉の上でのみ存在します。

誰も確認できません。
永久機関にエネルギーを与える必要性が理解できません、無から有を生じるがごとくエネルギーを取り出せるのならね与える必要はさらさら無いはず。
質問の内容自体が矛盾しています。
Ｅ＝ｍｃ２のとおり宇宙の物質すべてをエネルギーに変換できる機関が存在すればひょっとすれば永久機関かも知れませんが、全宇宙の物質すべてがエネルギーになると言うことはビッグバン以前の状態になることです、そこには物質も空間も時間もありません、従って永久も一瞬も同じ（同等）です。

この回答への補足

永久機関がどんなものかご存じない上に、質問の意味を理解されていないようです。

補足日時：2011/06/27 07:02

この回答へのお礼

意味不明の回答でした。

お礼日時：2011/07/02 14:38

No.13 回答者： Ciccino 回答日時： 2011/06/26 22:48

理論的にはそこまで考える過程、または出来あがる寸前で自分の盲点に気がついてしまうからではないでしょうか。

まず自分の存在自体が永久機関の一部であること。食べて、成長して、死んで、土に還り、他の生命の肥しになる。これの繰り返しを観察しているといい加減の所で脳が飽きてしまうので存在する事自体を苦痛に感じる。人間の脳が持つ「夢や期待」、視聴覚の刺激を違った表現（言語という音声の違い）を利用して新しい、古い、違う物だと脳に錯覚させ続けるのには限界が有るはずです。

テレビゲームなどの裏技を使って無敵やお金を無限にしてしまうと、無敵になった時は面白くても飽きて面白味が無くなるのと同じ理論だと思います。ゲームであれば電源を落とせば楽になれますが・・・現実の世界で無限動力なんて物が実現したら・・・と考えるとゾッとします＾＾；

ある意味無茶な要求ばかりする成金や政治家の方たちは権力と国民という名の無限動力を手に入れている状態かと思います＾＾；

物理学者のみなさんも、もし仮に永久動力とやらを発明とかしても理性を持って扱ってくださいね。

この回答への補足

えーと、質問への回答になっていない気がします。

補足日時：2011/06/27 07:02

この回答へのお礼

質問の回答ではないようです。

お礼日時：2011/07/02 14:37

No.12 回答者： gtx456gtx 回答日時： 2011/06/26 12:46

否定できる理論的を求めているようですが・・・

マクスウェルの悪魔はご存知ですか？
もし、知らないなら下記のＵＲＬを参照して下さい。
私は、マクスウェルの悪魔が居ないから永久機関もないし、マクスウェルの悪魔を発見できれば簡単に永久機関を作れると思っています。


マクスウェルの悪魔
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%82%AF% …

この回答への補足

「否定できる理論的」が何を指しているのかわかりませんが、
「マクスウェルの悪魔」は知ってます。

補足日時：2011/06/26 18:51

この回答へのお礼

つまり、質問に対する回答ではないのですね。

お礼日時：2011/07/02 14:41

No.11 回答者： nakanoren#2 回答日時： 2011/06/26 12:23

結論から言えば、皆が馬鹿だからです。

経験則やら実験のレベル以下です。

馬鹿な順から言えば、以下のとおりです。
・高校程度の理科系の科目を理解できなかった人
　具体的には、熱力学第一法則、第二法則が理解出来ない人
　永久機関かどうか判別できない人。
　単なる勉強不足。勉強不足を自覚していない、自覚していても
　屁理屈で開き直るか逆切れするような人。
　永久機関はひょっとしたらあるんじゃないかと思っている人。
　永久機関に対して投資をしてしまうような人
　永久機関を永久機関として特許庁に申請するような人
　高校程度の物理や化学で永久機関でないことが証明できて
　しまうものに対して、永久機関かもしれないと思い込む。

　世の中のほぼ100％の永久機関と称して出されているものがこの人達に
　よってだされており、簡単な（高校程度の）指摘で永久機関でないことが
　証明できてしまいます。

　質問者さんも失礼ながらこのタイプです。

・永久機関はできないと思い込んでいる人
　熱力学第一法則、第二法則が絶対だと信じて永久機関を否定する人。
　反証を行わず、永久機関という字面だけで否定する人。
　科学に絶対性が無いことを理解していない人。

とはいえ、世界中の永久機関に対する議論のほとんどは、上の二者の議論で
永久機関でないことが証明されます。


・熱力学の第一法則、第二法則が成り立たない条件を永久機関を作り出す
　夢から探している人
　科学者としては間違いではないですが、アプローチとしてはおかしいです。
　こんな人はいないとは思いますが。

・実直に科学的なアプローチを実践するような人
　永久機関の議論には参加しません。なぜなら、上の2つ目までの人の議論で
　終わるからです。
　熱力学の第一法則や第二法則を否定する論理が始まってから参加します。

例えて言うならば、内角の和が180度以下の三角形も、180度以上の三角形も
簡単に作れますし実生活に存在しますが、高校や大学の教養課程程度の数学
では否定されます。
議論をしたければ、内角の和が180度以外の三角形を見つけることではなく、
ユークリッド幾何学の公理を否定することを始めにしなくてはいけません。

今後も皆が考えるような永久機関が創りだされるようなことはないと思います。
万が一あるとすれば、特殊な空間、エネルギーを取り出すことが実質不可能な
微細な空間か、設定することがほぼ不可能な広大な空間で、ごくごく特殊な条件下で
成立するかもしれない程度でしょう。
ちなみに、見つけられ方は決して永久機関の研究からではなく、ある科学分野で
熱力学の第一法則や第二法則が成立しない条件が見つかったというような程度でしょう。

この回答への補足

質問の回答にもなっていませんし、何を言っているのかわかりません。

補足日時：2011/06/26 18:53

この回答へのお礼

この回答は役にはたたなかったです。

お礼日時：2011/07/02 14:37

No.10 回答者： mazeran 回答日時： 2011/06/26 10:27

横槍ですが・・・。

>なぜ、永久機関がつくれないのでしょうか。
ではなく、「作り方を知らない」だけだと『信じたい』ですね。

人間って、この宇宙の「頂点」にいるように錯覚しています。
宇宙を含むすべての世界で成り立つ法則は、決して地球の上だけに存在するものではないはず。

今までにも長い間「定説」とされてきた法則や原理と呼ばれるものが、いくつか根底から覆されたものがあります。
もっとも、それがこの永久機関を作ると言うレベルのものではないかも知れませんが、あまりにも現時点での科学を、絶対的なものだと過信しているところも否めません。

今の時代、「エネルギー保存則」などで定説、言い方を替えれば「証明」に近い形となっていますが、これが「真理」だとだれも証明などできるものではないと思います。思いたいです。

結局私の願望だけの内容になってしまいましたが、現在では作ることはできないと言うのが一般的であり、様々な望遠鏡で他の天体を観測する限り、覆すほどの事実は確認されていないようです。
でも、理解に苦しむ事実は大変多く知られています。
もっとも人間が科学的に理解や証明されている物自体少ないので、今後違った観点から作る方法を見出す可能性は０（ゼロ）ではないと思います。

この先仮に未知の生命体の乗り物とされているＵＦＯが実在していると言うことがわかり、その生命体と平和的に接触して飛行原理を人間が理解したら、今の科学はかなりの部分で常識を覆されるでしょう。
何度も書きますが、「実在していたら」ですよ。

「科学的」と言われるのは、あくまで「現在」が基準となっているだけです。

この回答への補足

申し訳ないのですが、
あなたの「思いたい」や「信じたい」には私は興味がないのです。
質問への回答がほしいのです。

補足日時：2011/06/27 07:04

この回答へのお礼

質問への回答ではありませんでした。

お礼日時：2011/07/02 14:38

No.9 回答者： cocacola2010 回答日時： 2011/06/26 09:46

少なくとも既知の力（重力、電磁力、強い力、弱い力）を既存の基礎方程式で

どのように弄くり回してもエネルギーの総量が一定であることは確かめられているはずです。

力学的エネルギーの保存に関しては大学で習いました。

http://www.geocities.jp/eulers_formula/mechanics …
http://surf.ml.seikei.ac.jp/~nakano/TDU2011/Mech …

上記のURLの議論に「質点系」の議論を使います。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%AA%E7%82%B9
http://hb3.seikyou.ne.jp/home/E-Yama/SittenGouta …



＜理由は熱力学の第一法則(要するにエネルギー保存則)です。
＜＜永久機関が作れなかったから、熱力学の第一法則が生まれた、と読めるのですが。

熱力学
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E5%8A%9B% …
統計力学
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%B5%B1%E8%A8%88% …

原因が未知の現象にはエネルギー保存則などの巨視的な性質を
足がかりとして定量的な説明がなされます。（熱力学）

時代が進み、基本原理がある程度分かるようになってくると微視的な現象から
演繹的に導かれた説明がなされます。（統計力学）

（単純に統計力学が熱力学の進化版というわけではなく各々にメリットがあります）

「エネルギー保存則から導かれた帰結が実際の現象と一致する」
「基本原理から導かれた帰結が実際の現象と一致する。その基本原理からエネルギー保存則も導出できる」
分野によってアプローチは様々です。

この回答への補足

> 力学的エネルギーの保存に関しては大学で習いました。
これに関して、永久機関がないことを前提として導出していました。

しかし、

> 「エネルギー保存則から導かれた帰結が実際の現象と一致する」

のは確かにそんなようなきもします。

補足日時：2011/06/26 18:56

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

お礼日時：2011/07/02 14:54

No.8 回答者： heboiboro 回答日時： 2011/06/25 21:33

日常における経験や、実験事実から、「永久機関が作れない」というのは確からしいと考えられています。

（物理は科学なので、何の仮定もおかずに純粋に数学的・論理的な推論のみによって得られた法則というのは一つもありません）

ついでに言えば、「実験事実から」とは言っても、なにも「今まで一つも永久機関が作れなかった」というだけの直接的な事実だけから「作ることは原理的に不可能だろう」と言っているのではありません。
永久機関を作れない根拠となっているエネルギー保存則とエントロピー増大則を仮定すると、驚くほど様々な帰結が（それらからの数学的な推論のみにより）得られます。そしてそのどれもが、実験結果に一致しています。そのことにより、ますます「永久機関は原理的に作れない」というそもそもの仮定（基本法則）の信頼度があがる、というようになっています。つまり、直接的な実験的検証だけでなく、間接的な実験的検証もなされているということです。

この回答への補足

後半の

> 永久機関を作れない根拠と～

について、これはアブダクションでしょうか。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%96% …

そうであれば、以下のページの、
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B8%B0%E7%B4%8D

帰納法の欠点の、七面鳥のような状況にもなりうるということでしょうか。

補足日時：2011/06/26 19:05

この回答へのお礼

ヒントになりました。
回答ありがとうございます。

お礼日時：2011/07/02 14:39