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很多人都说， 永动机是不可能存在的， 它不符合物理定律。
可为什么我们看到的世界， 大到宇宙天体，小到物体分子，都在不停地运动着呢？
第一代永动机
永动机并不是某种机器的专有名，而是一种产生在人们脑袋里的想法。
这种想法 最先在印度人脑子里出现 ，到公元1200年，一群伊斯兰教跋山涉水，将这种想法传到了欧洲。
当时欧洲的法国，有位叫亨内考的人，觉得这种想法很新奇，于是试着研究出一款真正的永动机。
根据他留下的图纸来看，这款永动机十分的简单，一个可以滚动的轮子，上面均匀连接着可以摆动的小棍，棍上分别装上重物。
结构简单，原理也很简单，靠着齿轮对连接杆的支撑，使轮两边的球离圆心不等，左边离得近，右边离得远。
离圆心近这边，力矩就要小些，离得远这边，力矩就要大些。 小大交替，轮子就能不停地转动。
想法很精妙，但他忽略了一个问题，由于连接杆的摆动，导致 两边小球无法均匀的分布 ，尽管力矩大小有差距，但是小球的密度弥补了这一差距。
比如左侧小球力矩小，但密集的小球可能带来更多的重量，右侧同理，因为小球稀疏，重量变小。
小球的重量差异，均衡了力矩的大小差异，这样一直运动， 总能在某一时刻达到平衡，从而停止转动。
亨内考的永动机显然是失败了。
到文艺复兴时期，艺术家达芬奇也设计了一款永动机，原理跟亨内考的类似，同样都是一个转动的轮子，上面放小球。
只是这些小球不是用小棍连接，而是 直接在轮子上做出可以滚动的轨道 。
达芬奇的永动机，同样是让小球运动来产生不同的力矩，换汤不换药，毫无疑问，还是以失败告终。
不过达芬奇志不在研制出永动机，而是验证永动机是否可行，所以实验结束后，在手稿上留下一句话：
「对于任何运动，总存在反向、等大的反力。」
学过牛顿第三定律的人，会觉得这句话有些熟悉，因为牛顿第三定律是这样说的：
「相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。」
显然，对于物体之间两股力的平衡，两人看法一致。
牛顿第三定律是对永动机的迎头痛击，但真正将永动机杀死的，是 热力学第一定律 。
热力学第一定律，不像牛顿第三定律一样用人名来命名，说明这不是一个人的功劳。
来自德国的迈尔医生，就是其中的一位功臣。
1840年，迈尔医生跟着一支船队，一路从德国来到印尼，刚登上这片陌生大陆，很多船员身体出了问题。
当时救人最常用的手段就是放血 ，迈尔为病人放血后，发现他们的血太过显鲜艳，与正常人带点黑色的血有些不一样。
经过一番研究，迈尔发现是因为血液中的氧含量高了，所以才会这么红。
他因此得出结论， 印尼太热，人不再需要更多热量，氧没了用武之地，就被保存在血液里。
想到这里，他又开始思索，人体热量来自哪里，食物，食物的热量又来自哪里……
经过一系列联想，迈尔得出了结论， 能量不会无故产生或消失，而是在做转换。
3年后，另一位著名的物理学家焦耳，经过大量计算后，得出来热功当量为428.9千克.米/千卡，得出更进一步研究成果。
两人的观点经过许多物理学家的验证，最终形成了热力学第一定律：
「热可以转变为功,功也可以转变为热;消耗一定的功必产生一定的热,一定的热消失时,也必产生一定的功。」
根据这一定律，德国物理学家亥姆霍兹提出能量具有守恒性，既不能凭空产生，也不会凭空消失。
这一能力守恒定理，成了永动机无法实现的枷锁。
第二第三永动机
在热力学第一定律限制永动机后，人们又提出了新的永动机概念，寻求自然能源的帮助。
就这样，永动机2.0版本上新了。
19世纪70-80年代，一位名为加吉的发明家，经过多年研究设计出新的永动机。
他的设计很简单，将一个有大容量的液氨容器装在轮船上，之后空气的热量会使 液氨气化 ，这些膨胀的氨气会 推动活塞做工 。
之后，这些氨气会进入到 冷却管 里，热量被海水吸收， 再次变成液态的氨 。如此循环往复，就能永远运转下去。
这个设计有个明显的缺陷， 氨气需要在-33℃的环境中，才能再度变为液氨 ，一般的海水显然达不到这样的要求。
如果是放入到-33℃的冰块里，周围的空气又无法达到气化的要求。
其实，早在几十年前，一位叫卡诺的法国科学家提出的卡诺定理，就证明了他的做法无法成功。
在卡诺定理里，理想热机的热效率是：
η=1-T2/T1 (1)
η为热机效率，T2表示低温热源，T1表示高温热源（绝对温度）。
按照公式，只有同时具备高温与低温，从而产生温差，热机热效率才能输出。
卡诺死后，名叫克拉贝隆的科学家，看了卡诺定理后，进一步建立了一个理想的气体状态方程：
PV=nRT (2)
P表示气体压强，V表示体积，n表示摩尔数，R为摩尔气体常数，T为绝对温度。
这一发方程为热力学分析奠定了基础。
到1850年，一位叫做克劳修斯的科学家研究克拉贝隆的成果，认为卡诺定律想要实现，就必须满足一个条件：
「不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。」
这也就是著名的热力学第二定律，之后克劳修斯进一步提出：
「系统温度越高，分子运动越乱，熵值越高，反之，熵值越低。」
也因此，热力学第二定律被称为 熵增定律。
热力学第二定律的出现，彻底将第二代永动机给抹杀。
不过，人们还是没有就此放弃，之后又提出了永动机3.0 版本，这种机器热效率高达100%，根本没有任何热量损失。
但1912年，德国化学家恩斯特指出，无论做怎样的努力，都不能让等温线变成0，也就是说， 绝对零度是不可能达到的。
接着有一位叫普朗克的科学家做出补充，熵在绝对零度时，都为0。
最后一位叫瓦尔特·能斯特的科学家进行归纳总结，得出来 热力学第三定律 ：
「绝对零度不可达到，即任何物质的熵在绝对零度时趋于一个定值，对于完整晶体，这个定值为零。」
热力学第三定律的出现，也彻底否定了永动机存在的可能性。
万物在动，为何不能称为永动
1826年，一位名为布朗的植物学家，透过显微镜观察花粉，发现它们在做着 无规则的运动， 首次揭开了微观世界的运动之谜。
可见，那些 我们看起来静止的物体，其实都在做着运动。
这些看起来不动的物体有两种，一种是大到察觉不到它的运动，比如说地球的自转。
另一种是小到忽略了他们的运动，比如分子。
我们虽然看不见分子的运动，但我们周围的气体，液体和固体分子，无时无刻不在运动。
气体的分子因为间隙较大，分子间作用力较小，所以流动性很强，能够上下左右运动。
液体方分子间隙就比空气小很多，分子运动受引力斥力的影响，只能在一个平面运动，不能飞上飞下。
固体分子间隙小于液体分子间的作用力更大，所以只能在固定的位置做无规则运动。
总之，无论是巨大的星球，还是小小的分子，无论是流动的风，还是静止的板砖，都在不停地运动。
「不停」加上「运动」，不就是永动吗？ 那你和我，以及这世间万物，都是一个永动机？
如果这样想，就是对永动机的误解。
从前面所说的，永动机被提出，接着被热力学第一、第二、第三定律否决，我们得出结论，所谓的永动，并不是指它永远在动，而是 永远在做功 。
有了这样的观点，容易理解为什么在不停运动的分子，不算永动机了。
因为 分子在运动时，也是需要吸收能量的 ，不能在没有任何外部因素参与的情况下运动。
想让分子停止运动，就需要达到绝对零度，而世界上任何有温度的物体，都高于绝对零度，所以它们能一直运动。
可见，关于永动机不存在的观点，其实一直屹立不倒的，一些认为能挑战权威的人，其实只是误解了其中的含义，并不是从科学上将它打倒。
参考资料：
[1] 【永动机与热力学定律】湃客：返朴 撰文 | 张伟伟2021-04-21
[2] 【科学家告诉我们永动机不存在，但分子为何不停地做无规则运动？】宇宙怪谈2024-02-07
