为什么无法实现永动机？
说实话，这事儿吧，说起来还挺让人着迷的。就好像有那么一个玩意儿，一旦开始转了，就能永远转下去，而且还能顺便帮你干点活，比如发电什么的。这听起来多美啊，简直是完美能源的终极幻想。但为什么咱们就是弄不出来呢？这背后的道理，其实挺硬核的，咱们一点一点掰扯清楚。
这事的儿根子，其实就藏在两个老祖宗级别的物理定律里，一个叫热力学第一定律，一个叫热力学第二定律。这两位老人家，一个是物理界的“规矩制定者”，一个是“事不过三”的执行者，谁也别想绕过去。
热力学第一定律：能量守恒，你别想凭空变出东西来。
这第一定律，说白了就是“天下没有免费的午餐”。它告诉你，能量这东西，你想从无到有地凭空制造出来，那是不可能的。它只会从一种形式，跑到另一种形式去，比如你把煤烧了，化学能就变成了热能和光能；你踩刹车，汽车的动能就变成了摩擦产生的热能。总量是不会变的，你赚到的能量，必然是从别处“借”来的，或者说转化来的。
那么，永动机是怎么想绕过这第一定律的呢？它 usually 会玩两种把戏：
第一类永动机： 这种永动机特别“牛气”，它敢直接跟你说，我不需要消耗任何能量，就能持续不断地对外做功。你想啊，它一开始动起来，然后就一直转啊转，还能带动别的轮子或者发电机。那它这“一直转”的动力从哪来？难道是空气里的氢？还是地心引力？但如果它真的能“凭空”获得能量，那就等于是在说，我可以“变”出能量来，这直接就挑战了能量守恒的底线。想一想，如果真有这么个机器，我只要启动一下，它就能源源不断地给我提供电力，那电力公司岂不是要失业了？这在逻辑上就是行不通的。
热力学第二定律：熵增定律，事情总会趋向于混乱，而且不可逆。
这第二定律，就更像是生活中的“规律”。它说，在一个孤立的系统里，总是会朝着越来越混乱、越来越无序的方向发展。这个“混乱度”或者“无序度”，在物理学里有个专门的词，叫“熵”。熵总是会增加的。
你想想看，你把一杯热水放在桌子上，它会慢慢变凉，热量会散到空气里，最后达到和周围一样的温度。你见过从空气里自己重新聚集热量，让那杯水变得更热的吗？没有。反过来，你把一杯冷水放在火上，它就会变热。这个过程是“有方向性”的。
永动机是怎么想绕过第二定律的呢？它通常会打主意在“转化能量”的过程中：
第二类永动机： 这种永动机就比较“狡猾”了，它不直接说凭空变出能量，而是说，我能把热能，百分之百地转化成机械能或者电能，而且不需要任何损耗。它可能想利用温差，比如一个热源和一个冷源，然后试图把热源所有的热量都吸过来，变成有用的功。
但问题就出在这里：
1. 热机效率的限制： 任何把热能转化为机械能的机器（比如蒸汽机、内燃机），都必然存在效率问题。它们不可能把所有的热能都转化成有用的功。总会有一些热量，因为各种原因，比如摩擦、散热等等，散失掉，变得无法再利用。这就好像你从一个锅里盛水，你总会剩下一点点在锅底，或者在勺子上带走一点，你不可能把锅里每一滴水都精准地倒出来。第二定律就规定了，不可能存在一个效率为100%的热机。
2. 熵增是必然的： 就算我们能制造出极高的效率的机器，但只要有能量转化发生，熵就一定会增加。比如一个运转的机器，它本身会发热，会产生振动，这些都是熵增加的表现。永动机试图“反熵增”，让系统从混乱变回有序，或者保持绝对的有序，这本质上违背了第二定律。就好比你试图让一副混在一起的扑克牌牌面自己重新排好顺序一样，理论上你可以做到，但需要你付出巨大的努力（能量），而且这个过程本身也会产生更多的“混乱”（比如你弄乱了别的东西）。
其他的“阻碍”
除了这两大定律，还有一些现实中的因素，虽然不是定律本身，但也是我们无法制造永动机的原因：
摩擦阻力： 万事万物都有摩擦。齿轮转动有摩擦，轴承有摩擦，空气也有阻力。这些摩擦都会把机械能转化成热能，然后散失掉。要想完全消除摩擦，几乎是不可能的。即使是高精度的轴承，在微观层面，金属表面也不是绝对光滑的，总会有接触和阻碍。
空气阻力： 即使你的机器是纯机械的，在空气中运转也会受到空气的阻力。
材料损耗： 长期运转会造成材料的磨损、疲劳，这些都会导致机器性能下降，甚至损坏。
热损失： 即使是设计得再完美的机器，在运转过程中也会有热量散失到环境中，这部分能量就无法再被收集利用。
永动机的“诱惑”与历史
尽管如此，历史上无数的人们，从古代的炼金术士到近代的工程师，都曾痴迷于制造永动机。他们设计了各种各样奇特的装置，比如利用重力、浮力、磁力等等。
重力永动机： 比如那种利用不平衡的轮子，让它一侧比另一侧总要重一点，从而带动轮子不断旋转的设想。但仔细分析就会发现，当轮子转到某个位置时，它会因为重力重新回到起始状态，或者它整体的重心反而会平衡，导致无法持续转动。
浮力永动机： 设想利用某种特殊的装置，让物体在水中时获得向上的浮力，然后在空气中时失去浮力，从而不断循环产生动力。但这种装置的循环过程本身就需要消耗能量来完成，而且最终还是会被能量守恒和效率问题所限制。
这些尝试，虽然最终都失败了，但它们极大地推动了我们对物理定律的理解。正是通过一次次的失败，科学家们才越来越清晰地认识到能量守恒和熵增的不可违背性。
总结一下：
永动机之所以无法实现，根本原因在于它直接或间接地违反了热力学第一定律（能量守恒）和热力学第二定律（熵增原理）。任何声称能凭空产生能量或将能量100%高效转化的机器，都已经被这两大物理基石所“封杀”。再加上现实中的摩擦、损耗等不可避免的能量损失，使得我们永远无法制造出能够持续不断对外做功的永动机。
这也许听起来有点让人扫兴，但反过来想，正是有了这些严谨的物理定律，我们才能理解这个世界的运行规律，才能一步步发展出真正的科学技术，去利用有限的能量，创造出今天我们看到的一切。永动机的失败，恰恰是科学进步的重要里程碑。
这事的儿根子，其实就藏在两个老祖宗级别的物理定律里，一个叫热力学第一定律，一个叫热力学第二定律。这两位老人家，一个是物理界的“规矩制定者”，一个是“事不过三”的执行者，谁也别想绕过去。
热力学第一定律：能量守恒，你别想凭空变出东西来。
这第一定律，说白了就是“天下没有免费的午餐”。它告诉你，能量这东西，你想从无到有地凭空制造出来，那是不可能的。它只会从一种形式，跑到另一种形式去，比如你把煤烧了，化学能就变成了热能和光能；你踩刹车，汽车的动能就变成了摩擦产生的热能。总量是不会变的，你赚到的能量，必然是从别处“借”来的，或者说转化来的。
那么，永动机是怎么想绕过这第一定律的呢？它 usually 会玩两种把戏：
第一类永动机： 这种永动机特别“牛气”，它敢直接跟你说，我不需要消耗任何能量，就能持续不断地对外做功。你想啊，它一开始动起来，然后就一直转啊转，还能带动别的轮子或者发电机。那它这“一直转”的动力从哪来？难道是空气里的氢？还是地心引力？但如果它真的能“凭空”获得能量，那就等于是在说，我可以“变”出能量来，这直接就挑战了能量守恒的底线。想一想，如果真有这么个机器，我只要启动一下，它就能源源不断地给我提供电力，那电力公司岂不是要失业了？这在逻辑上就是行不通的。
热力学第二定律：熵增定律，事情总会趋向于混乱，而且不可逆。
这第二定律，就更像是生活中的“规律”。它说，在一个孤立的系统里，总是会朝着越来越混乱、越来越无序的方向发展。这个“混乱度”或者“无序度”，在物理学里有个专门的词，叫“熵”。熵总是会增加的。
你想想看，你把一杯热水放在桌子上，它会慢慢变凉，热量会散到空气里，最后达到和周围一样的温度。你见过从空气里自己重新聚集热量，让那杯水变得更热的吗？没有。反过来，你把一杯冷水放在火上，它就会变热。这个过程是“有方向性”的。
永动机是怎么想绕过第二定律的呢？它通常会打主意在“转化能量”的过程中：
第二类永动机： 这种永动机就比较“狡猾”了，它不直接说凭空变出能量，而是说，我能把热能，百分之百地转化成机械能或者电能，而且不需要任何损耗。它可能想利用温差，比如一个热源和一个冷源，然后试图把热源所有的热量都吸过来，变成有用的功。
但问题就出在这里：
1. 热机效率的限制： 任何把热能转化为机械能的机器（比如蒸汽机、内燃机），都必然存在效率问题。它们不可能把所有的热能都转化成有用的功。总会有一些热量，因为各种原因，比如摩擦、散热等等，散失掉，变得无法再利用。这就好像你从一个锅里盛水，你总会剩下一点点在锅底，或者在勺子上带走一点，你不可能把锅里每一滴水都精准地倒出来。第二定律就规定了，不可能存在一个效率为100%的热机。
2. 熵增是必然的： 就算我们能制造出极高的效率的机器，但只要有能量转化发生，熵就一定会增加。比如一个运转的机器，它本身会发热，会产生振动，这些都是熵增加的表现。永动机试图“反熵增”，让系统从混乱变回有序，或者保持绝对的有序，这本质上违背了第二定律。就好比你试图让一副混在一起的扑克牌牌面自己重新排好顺序一样，理论上你可以做到，但需要你付出巨大的努力（能量），而且这个过程本身也会产生更多的“混乱”（比如你弄乱了别的东西）。
其他的“阻碍”
除了这两大定律，还有一些现实中的因素，虽然不是定律本身，但也是我们无法制造永动机的原因：
摩擦阻力： 万事万物都有摩擦。齿轮转动有摩擦，轴承有摩擦，空气也有阻力。这些摩擦都会把机械能转化成热能，然后散失掉。要想完全消除摩擦，几乎是不可能的。即使是高精度的轴承，在微观层面，金属表面也不是绝对光滑的，总会有接触和阻碍。
空气阻力： 即使你的机器是纯机械的，在空气中运转也会受到空气的阻力。
材料损耗： 长期运转会造成材料的磨损、疲劳，这些都会导致机器性能下降，甚至损坏。
热损失： 即使是设计得再完美的机器，在运转过程中也会有热量散失到环境中，这部分能量就无法再被收集利用。
永动机的“诱惑”与历史
尽管如此，历史上无数的人们，从古代的炼金术士到近代的工程师，都曾痴迷于制造永动机。他们设计了各种各样奇特的装置，比如利用重力、浮力、磁力等等。
重力永动机： 比如那种利用不平衡的轮子，让它一侧比另一侧总要重一点，从而带动轮子不断旋转的设想。但仔细分析就会发现，当轮子转到某个位置时，它会因为重力重新回到起始状态，或者它整体的重心反而会平衡，导致无法持续转动。
浮力永动机： 设想利用某种特殊的装置，让物体在水中时获得向上的浮力，然后在空气中时失去浮力，从而不断循环产生动力。但这种装置的循环过程本身就需要消耗能量来完成，而且最终还是会被能量守恒和效率问题所限制。
这些尝试，虽然最终都失败了，但它们极大地推动了我们对物理定律的理解。正是通过一次次的失败，科学家们才越来越清晰地认识到能量守恒和熵增的不可违背性。
总结一下：
永动机之所以无法实现，根本原因在于它直接或间接地违反了热力学第一定律（能量守恒）和热力学第二定律（熵增原理）。任何声称能凭空产生能量或将能量100%高效转化的机器，都已经被这两大物理基石所“封杀”。再加上现实中的摩擦、损耗等不可避免的能量损失，使得我们永远无法制造出能够持续不断对外做功的永动机。
这也许听起来有点让人扫兴，但反过来想，正是有了这些严谨的物理定律，我们才能理解这个世界的运行规律，才能一步步发展出真正的科学技术，去利用有限的能量，创造出今天我们看到的一切。永动机的失败，恰恰是科学进步的重要里程碑。
网友意见
谢邀。
首先反对下认为牛顿第一定律描述的就是永动机的回答。永动机是有具体定义的，永远运动的并非是永动机。从运动的相对性来看，任何一个完全不受外力的物体，永远在做匀速直线运动，但同时也能找到一个惯性系，在这个参照系中，这个物体永远静止。没人会把一个永远静止的物体称为永动机吧？
永动机根据定义分为两类，第一类永动机的输出功大于输入功，也就是说能够对外净输出能量。第二类永动机能够把热量百分百转化为做功，热效率百分百。在目前的物理理论中，在宏观尺度上找不到能够达到上述效果的物理机制，因此即使从理论上，永动机也是不存在的。
PS，热力学第一/二定律可以等价表述为“第一/二类永动机不存在”，所以有人认为是热力学粗暴地禁止永动机存在？但热力学定律其实只是个统计学定律，并非严格的物理定律。阻止永动机实现的物理定律并非是这两条。
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