永动机到底有没有可能实现 这个问题并不简单

受过高等教育的人都知道永动机是不可能实现的。现在谁要说在研究永动机，基本可以被归入民科或骗子一类。但是，永动机的研究在人类科学史上却有着重要的地位，对科学的发展也起过重要的推动作用，因此，回顾永动机的研究过程，对于我们认清科学的本质，推动科学的发展，仍然具有重要的价值。对永动机的讨论，不应该成为一个笑话。

寻找或发明永动的系统是人类长久以来，特别是能源匮乏时代的一个巨大梦想。早在两千多年前的古希腊，人们就开始了孜孜不倦的研究，到文艺复兴时期，这一研究达到了顶峰。人们利用风力、水力、磁力、引力等进行了各种探索，在理论和实践方面都留下了丰富的积累，从亚里士多德到伽利略，甚至达芬奇都在这方面做过开创性的研究。

这里要注意一下，这里所说的永动机为“第一类永动机”，也就是不依靠外界能量输入而永远维持运动状态的系统。我们日常所说的"永动机不可能制造出来”，绝大多数就是指的这一类永动机。也正是在第一类永动机的研究过程中，人们逐渐发现了能量微妙的平衡关系，同时也随着能量研究的深入，人们最终提出了热力学第一定律，也就是所谓的能量守恒定律，能量只能互相转化，而不能凭空产生或消失。这里插入一个话题，那么宇宙最初的能量是哪里来的？这涉及到宇宙的一些根本问题，不是本文探讨的重点，今后有机会再细说，我们还回到本文的主题。我们说第一类永动机是不可能的，因为它违背了热力学第一定律，也可以说正式对第一类永动机的研究，然后才促进了热力学第一定律的诞生。

人类探索科学的好奇心是无止境的，永动机的研究似乎告一段落。然而，随着人们对能量研究的深入，科学家十分疑惑为什么能量总是从密度高的地方流向密度低的地方，其背后的根本原因是什么。有人突发奇想，有没有可能改变能量流向，因此第二类永动机的构想被提了出来。具体设想是，在没有温差的情况下，从海水或空气中不断吸取热量从而推动系统不断运动，它将系统内的能量平衡重新拉开，但总能量保持一致，因此并不违背热力学第一定律。因而也被称为第二类永动机。

结果当然大家都知道，失败了。但是，正是在第二类永动机的研究中，直接诞生了热力学第二定律，相比热力学第一定律，第二类永动机对热力学第二定律诞生的所起的作用来得更为重要和更加直接。热力学第二定律说的是任何系统内的熵只能增加，在没有外界能量输入的情况下，系统内部运动最终都将逐渐停止。可以说，这个理论几乎直接照抄了第二类永动机的研究结论。这里特别要注意，“熵”的概念第一次被提了出来，这也是现代科学三大谜团之一，按某些科学家的说法，“熵”蕴含着宇宙最深刻的秘密。那么问题又来了，为什么只能熵增，不能熵减呢？也就是说，热力学第二定律背后更深层次的原因是什么？答案只能是，现在仍然不知道。目前最主流的解释是信息论，即你要有选择地实现高能量粒子向低能量环境运动，首先要能识别高能量粒子，而掌握信息是需要能量的，信息成本成为熵增的来源。

热力学第二定律的诞生宣告了第二类永动机的失败，人类对永动机的研究似乎只能永远结束了。但事情并没有这么简单。

还是那句话，人类的好奇心是无穷的。热力学第二定律严格讲是个统计定律，其背后的深层原因依然不清楚，而且热力学第二定律只说了系统整体只能熵增，那么局部有没有可能熵减呢？果不其然，科学家后来发现微观环境存在着局部熵的“涨落”，这又勾起了人们研究所谓“永动机”的兴趣。同时，随着科学的发展，人们又提出了热力学第三定律，也就是系统熵在温度趋近于绝对零度时趋于定值，而完整晶体熵则为零。对此，主流解释是绝对零度不可能实现，而另一部分人则认为，如果宇宙中存在所谓的类完整晶体，则有可能在绝对零度附近寻找熵的逆变化。

于是， 在熵的“涨落”以及特殊晶体的绝对零度附近，不甘寂寞的科学家又在微观世界寻找起了“永动机”。当然，由于这种环境极为微观且极不稳定，相关的研究十分艰难。目前最新的进展是，2017年科学家证实了时间晶体的存在，其原子运动无需任何外界能量来维持，似乎符合所谓传统的“永动机”。但问题在于其能量在汇入外部的能量前，不可能被利用。换句话说，这样的能量目前还无法单独利用。同时，如果时间晶体熵太低，晶体会逐渐崩溃，状态并不稳定。目前科学家还在艰难地研究中。但不管怎样，这给科学家不安分的心又带来了一丝诱惑。

回顾永动机的历史，我们除了发现它在科学研究历史中的重要作用和意义之外，我们还会发现，真正的科学研究从来不会轻易接受或抛弃某一理论。它总是在不断地质疑中尝试新的解释和发现，从而在更深和更广的领域拓展科学的范围。我们说科学理论可能是妥协的结果，但质疑精神可能是科学中最重要的精神，科学研究中最可怕地就是无条件地接受某一结论。至少现在有人问我永动机有没有可能实现，我只能小心翼翼地说：“目前看来，没有实现的可能”。