都说永动机不存在，为什么分子可以一直做无规则运动？

发布者：倚窗望月 2023-7-21 22:20

无论是理论上还是现实中，都无数次证明了永动机确实不存在。而且早在一百多年前，关于永动机的任何专利申请都被停止了，这更加说明了人们确实对永动机“死心”了。

事实上，在相当长的一段时间里，人们对永动机确实很狂热，渴望发明一种能永久转动的机器，不依靠外界能量输入就能转动对外做功的机器，比如说最著名的“魔轮永动机”。但是在人们的不断验证之后，各种永动机方案最终都被证明是不可行的。

而在热力学三大定律提出之后，关于永动机的热度终于彻底降了下来，人们也不再痴迷于永动机。“永动机”三个字更多地成为了人们茶余饭后的谈资，一种“娱乐谈资”。

那么，既然永动机不存在，为何分子可以一直做无规则运动，微观粒子也一直在运动呢？

首先，很多人对“永动机”的概念有误解和偏见，总是会下意识地认为“永久转动的机器”就是永动机。

其实不然，严格来讲，永动机与运动没有直接关系，而与“做功”息息相关。不依靠外部能量束缚而持续对外做功的机器，才是永动机，这类永动机也被称为“第一类永动机”，也是我们常说的永动机。

如果只是运动，而没有对外做功，就不是永动机。按照牛顿定律，任何物体在不受力或者受到合力为零的情况下，都会保持静止或匀速直线运动，而这种运动就与永动机没有任何关系。

第一类永动机违反了能量守恒定律。根据这个定律，能量不生不灭，只能在不同的能量形式之间来回转换，绝不会凭空消失或者出现。

还有一类永动机被称为“第二类永动机”，通俗来讲就是：低温物体不可能把热自发地传给高温物体，或者说我们不可能从单一热源取热让其做功而不发生其他任何变化。

这类永动机虽然没有违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律。

再来看看分子的热运动。分子的无规则运动，也被称为“布朗运动”，是19世纪英国学者布朗发现的。分子则这种无规则运动其实就是热运动，因为任何环境都存在着能量，只要有能量，就一定会有热运动，而热运动在微观上就是分子的运动。

单个分子的运动遵循力学定律，但是很多分子的运动遵循的是统计规律，是没有固定规则的，看起来是随机行为。

能够看出，分子的无规则运动，与所谓的永动机是没有一毛钱关系的，两者是两个完全不同的概念。

而且，做无规则运动的不仅仅是分子，量子世界里面的微观粒子都在一刻不停地运动，这也是最低温无法突破绝对零度的主要原因，因为微观粒子不可能保持绝对静止。

量子世界完全不同于我们所在的宏观世界，不确定性才是量子世界的核心。不确定性意味着微观粒子的位置和速度不确定性的乘积必须不小于一个常数，这就表明微观粒子不可能是静止的，一旦静止就说明微观粒子的速度为零，速度的不确定性就为零了，这就违反了不确定性原理了。

同时，我们也不能用“能量守恒定律”直接搬运到量子世界。因为按照量子力学的诠释，能量可以“凭空”产生，然后瞬间消失，这就是所谓的量子涨落。

其实，量子涨落的时间非常短暂，能量可以在极短的时间里衍生出来，然后瞬间湮灭，把能量归还给真空。在某个极短的瞬间，能量看起来确实不守恒了，但从宏观整体来看，能量依旧是守恒的。

只要时间足够短，大自然是允许出现这种“能量凭空出现”的现象的，其实这也是量子力学不确定性的另一种表现形式，除了位置和速度有不确定性关系之外，时间和能量同样具有不确定性关系。

总之，所谓的“永动机”确实是不存在的，而微观粒子一直在不停地运动，与永动机也没有任何关系，这就像“地球一直转动46亿年”，这种转动与永动机也没有关系。

永动机违反的是热力学定律，而微观粒子的运动遵循的是不确定性原理。

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