永動機到底有沒有可能實現，這個問題並不簡單

受過高等教育的人都知道永動機是不可能實現的。現在誰要說在研究永動機，基本可以被歸入民科或騙子一類。但是，永動機的研究在人類科學史上卻有著重要的地位，對科學的發展也起過重要的推動作用，因此，回顧永動機的研究過程，對於我們認清科學的本質，推動科學的發展，仍然具有重要的價值。對永動機的討論，不應該成為一個笑話。

尋找或發明永動的系統是人類長久以來，特別是能源匱乏時代的一個巨大夢想。早在兩千多年前的古希臘，人們就開始了孜孜不倦的研究，到文藝復興時期，這一研究達到了頂峰。人們利用風力、水力、磁力、引力等進行了各種探索，在理論和實踐方面都留下了豐富的積累，從亞里士多德到伽利略，甚至達芬奇都在這方面做過開創性的研究。

這裡要注意一下，這裡所說的永動機為「第一類永動機」，也就是不依靠外界能量輸入而永遠維持運動狀態的系統。我們日常所說的"永動機不可能製造出來」，絕大多數就是指的這一類永動機。也正是在第一類永動機的研究過程中，人們逐漸發現了能量微妙的平衡關係，同時也隨著能量研究的深入，人們最終提出了熱力學第一定律，也就是所謂的能量守恆定律，能量只能互相轉化，而不能憑空產生或消失。這裡插入一個話題，那麼宇宙最初的能量是哪裡來的？這涉及到宇宙的一些根本問題，不是本文探討的重點，今後有機會再細說，我們還回到本文的主題。我們說第一類永動機是不可能的，因為它違背了熱力學第一定律，也可以說正式對第一類永動機的研究，然後才促進了熱力學第一定律的誕生。

人類探索科學的好奇心是無止境的，永動機的研究似乎告一段落。然而，隨著人們對能量研究的深入，科學家十分疑惑為什麼能量總是從密度高的地方流向密度低的地方，其背後的根本原因是什麼。有人突發奇想，有沒有可能改變能量流向，因此第二類永動機的構想被提了出來。具體設想是，在沒有溫差的情況下，從海水或空氣中不斷吸取熱量從而推動系統不斷運動，它將系統內的能量平衡重新拉開，但總能量保持一致，因此並不違背熱力學第一定律。因而也被稱為第二類永動機。

結果當然大家都知道，失敗了。但是，正是在第二類永動機的研究中，直接誕生了熱力學第二定律，相比熱力學第一定律，第二類永動機對熱力學第二定律誕生的所起的作用來得更為重要和更加直接。熱力學第二定律說的是任何系統內的熵只能增加，在沒有外界能量輸入的情況下，系統內部運動最終都將逐漸停止。可以說，這個理論幾乎直接照抄了第二類永動機的研究結論。這裡特別要注意，「熵」的概念第一次被提了出來，這也是現代科學三大謎團之一，按某些科學家的說法，「熵」蘊含著宇宙最深刻的秘密。那麼問題又來了，為什麼只能熵增，不能熵減呢？也就是說，熱力學第二定律背後更深層次的原因是什麼？答案只能是，現在仍然不知道。目前最主流的解釋是資訊理論，即你要有選擇地實現高能量粒子向低能量環境運動，首先要能識別高能量粒子，而掌握信息是需要能量的，信息成本成為熵增的來源。

熱力學第二定律的誕生宣告了第二類永動機的失敗，人類對永動機的研究似乎只能永遠結束了。但事情並沒有這麼簡單。

還是那句話，人類的好奇心是無窮的。熱力學第二定律嚴格講是個統計定律，其背後的深層原因依然不清楚，而且熱力學第二定律只說了系統整體只能熵增，那麼局部有沒有可能熵減呢？果不其然，科學家後來發現微觀環境存在著局部熵的「漲落」，這又勾起了人們研究所謂「永動機」的興趣。同時，隨著科學的發展，人們又提出了熱力學第三定律，也就是系統熵在溫度趨近於絕對零度時趨於定值，而完整晶體熵則為零。對此，主流解釋是絕對零度不可能實現，而另一部分人則認為，如果宇宙中存在所謂的類完整晶體，則有可能在絕對零度附近尋找熵的逆變化。

於是， 在熵的「漲落」以及特殊晶體的絕對零度附近，不甘寂寞的科學家又在微觀世界尋找起了「永動機」。當然，由於這種環境極為微觀且極不穩定，相關的研究十分艱難。目前最新的進展是，2017年科學家證實了時間晶體的存在，其原子運動無需任何外界能量來維持，似乎符合所謂傳統的「永動機」。但問題在於其能量在匯入外部的能量前，不可能被利用。換句話說，這樣的能量目前還無法單獨利用。同時，如果時間晶體熵太低，晶體會逐漸崩潰，狀態並不穩定。目前科學家還在艱難地研究中。但不管怎樣，這給科學家不安分的心又帶來了一絲誘惑。

回顧永動機的歷史，我們除了發現它在科學研究歷史中的重要作用和意義之外，我們還會發現，真正的科學研究從來不會輕易接受或拋棄某一理論。它總是在不斷地質疑中嘗試新的解釋和發現，從而在更深和更廣的領域拓展科學的範圍。我們說科學理論可能是妥協的結果，但質疑精神可能是科學中最重要的精神，科學研究中最可怕地就是無條件地接受某一結論。至少現在有人問我永動機有沒有可能實現，我只能小心翼翼地說：「目前看來，沒有實現的可能」。

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