Question

永动机既然不可能实现，为什么分子可以不停地做无规则运动？

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Answer 1

宇宙经历了大爆炸才形成现在的宇宙，宇宙的运行实际上是因为宇宙中存在着无数的分子、原子和电子等等，而在分子动理论中，分子是在不停地做无规则运动。

有人就要问了，在地球上永动机是不可能存在的，那为什么大到宇宙小到原子内部，都在不停的运动?

关于永动机的概念最早是在公元1200年左右，起源于印度，然后由印度教传到伊斯兰教最终到达欧洲，当永动机这个概念传到欧洲的时候，引起了极大的轰动，也掀起了制造永动机的热潮。

而所谓的永动机就是指不需要外界输入能源、能量或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且做功的一种机械。

为什么永动机不能制造出来？

不消耗能量而能永远对外做功的机械被称为"第一类永动机"，其违背了能量守恒定律，即热力学第一定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其他物体，而且能量的总量保持不变。

在能量守恒定律下，能量不可能无缘无故的产生，也就是说不消耗能量的永动机是不可能存在的，因为当机械运动时会有摩擦，这就会使一部分机械能会转化为内能。

在没有温度差的情况下，从自然界中的海水或空气中不断吸取热量从而连续地转变为机械能的这种机械被称为"第二类永动机"，这看似是符合能量守恒定律的，但是不符合热力学第二定律。

内能不可能在没有任何损耗的情况下，全部转化为机械能（德国物理学家的克劳修斯的表述为“热量不能自发地从低温物体转移到高温物体”，英国物理学家开尔文表述则是“不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响”）。

因此永动机违反了的热力学定律，是永远不可能够被制造出来的。

一切物质的分子都在不停地做无规则运动。

1827年植物学家布朗首先发现这个规律。在1826年，英国植物学家布朗用显微镜观察悬浮在水中的花粉时发现的，后来把这种悬浮微粒永不停息地做无规则运动的现象叫做布朗运动，其实不只是花粉和小炭粒，对于液体中各种不同的悬浮微粒，例如胶体，都可以观察到布朗运动。

而能够保持物质物理性质和化学性质的最小颗粒是分子，也可以认为是分子永不停歇的在做无规则运动，分子间又存在着相互作用的引力和斥力，分子间存在着间隙。

一般来说，气体分子之间的间距离比较大，而作用力就较小，因此气体有很大的流动性，容易被压缩；液体分子间的距离较小，分子间相互作用力分为引力和斥力，分子在平衡位置做无规则振动，但是分子间的引力难以约束分子的运动位置，所以液体没有固定的形状。

如果分子间距离小就表现为斥力，因此液体很难被压缩；固体间分子间隙很小，而分子间的作用力又很大，所以固体分子只能在固定的位置附近做无规则的振动，距离稍微小点就表现出很大的斥力，距离稍微大点就表现出很强的引力，因此固体有固定的形状，难以被压缩。

当物体受热时，会吸收能量，此时分子的运动会变得很剧烈，分子间间隙也会变大，所以会有分子的运动会有热胀冷缩的特性，因此分子的无规则运动也被称为分子的热运动。

为什么分子可以一直做无规则运动?

主要是因为构成物质的分子具都具有能量（机械能），可以说每个分子都是因为具有能量而运动的，单个分子的运动服从力学规律,但集体运动是服从统计规律,是无规则的。

其实宇宙中的万事万物都具有能量，从理论上分析，只有处于绝对零度的状态才会没有运动没有能量，不过绝对零度是不可能达到的，而任何高于绝对零度的存在方式都具有能量，有能量就必须在运动。

所以，不只是分子原子，宇宙万事万物都是在能量的不断循环中运动着，而能量是遵守能量守恒定律的。

永动并不等于永动机。

首先需要明白永动机和分子之间的无规则运动根本不是一回事，其次分子之间不停息无规则运动看似没有什么能量供给，但实际上宇宙中一切物质的运行都来自于宇宙诞生之初的纯能量，而物质又是由分子，原子，电子等构成的，所以也可以说宇宙的运行是由于宇宙中存在着无数的分子、原子和电子等等。

然后需要明白永动机不是一直能“动”的一种机器，如果要把永动机归纳为永远能动的机器的话，那么我们每个人其实都是永动机，因为构成我们身体的原子内部的电子都在不停的运动，而且全宇宙的所有粒子都在不停的运动，难道全宇宙都是永动机吗？

实际上这是对永动机的一种误解，粒子的运动是无法做功的，所以宇宙本身并不是永动机，而分子不停息地做无规则运动就是这个道理。

根据热力学之父开尔文的推测，宇宙的最终结局有可能是熵达到最大，届时宇宙间所有的物质都会衰变为轻子和光子，而整个宇宙就会处于热力学平衡，这就是宇宙的最终结局。