麥克斯韋的妖(麥克斯韋的妖的意義)

麥克斯韋妖有什么作用

麥克斯韋妖的作用是：

麥克斯韋妖（Maxwell's demon），是在物理學(xué)中假想的妖，能探測(cè)并控制單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)，于1871年由英國物理學(xué)家詹姆斯·麥克斯韋為了說明違反熱力學(xué)第二定律的可能性而設(shè)想的。

當(dāng)時(shí)麥克斯韋意識(shí)到自然界存在著與熵增加相拮抗的能量控制機(jī)制。但他無法清晰地說明這種機(jī)制。他只能詼諧地假定一種“妖”，能夠按照某種秩序和規(guī)則把作隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)的微粒分配到一定的相格里。麥克斯韋妖是耗散結(jié)構(gòu)的一個(gè)雛形。

特點(diǎn)：

可以簡單的這樣描述，一個(gè)絕熱容器被分成相等的兩格，中間是由“妖”控制的一扇小“門”，容器中的空氣分子作無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)向門上撞擊。

“門”可以選擇性的將速度較快的分子放入一格，而較慢的分子放入另一格，這樣，其中的一格就會(huì)比另外一格溫度高，可以利用此溫差，驅(qū)動(dòng)熱機(jī)做功。這是第二類永動(dòng)機(jī)的一個(gè)范例。

以上內(nèi)容參考百度百科—麥克斯韋妖

麥克斯韋妖是什么，為何糾纏物理學(xué)界一百多年？

妖怪之類的從來都只存在于古代的傳說中，然而在物理學(xué)界，也有個(gè)假想出來的妖，叫做麥克斯韋妖，而這究竟又是個(gè)什么東西呢?

麥克斯韋妖 （Maxwell's demon），是在物理學(xué)中假想的妖，能探測(cè)并控制單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)，于1871年由英國物理學(xué)家詹姆斯·麥克斯韋為了說明違反熱力學(xué)第二定律的可能性而設(shè)想的。

如果要評(píng)選全世界最偉大的兩位物理學(xué)家，那么牛頓愛因斯坦將毫無疑問入選，一個(gè)人構(gòu)建了宏觀世界的力學(xué)體系，一位帶我們進(jìn)入了微觀世界， 探索 這茫茫宇宙。而連接這兩位的，毫無疑問是麥克斯韋，他是舊時(shí)代的終結(jié)者，也是新時(shí)代的開創(chuàng)者。

這個(gè)所謂的“妖怪”是與熱力學(xué)第二定律有關(guān)的，這個(gè)定律的表述為：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響，或不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，或不可逆熱力過程中熵的微增量總是大于零。

在1871年，物理學(xué)家詹姆斯·麥克斯韋為了說明違反熱力學(xué)第二定律的可能性，而設(shè)想了這樣的一個(gè)妖怪，它能夠探測(cè)并控制單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)。

這個(gè)妖的出現(xiàn)，是由于麥克斯韋意識(shí)到了自然界存在有一種與熵增加相抵抗的能量控制機(jī)制，而這個(gè)熵是熱力學(xué)中的單位，它的物理意義是表示體系混亂程度的度量。

但又由于麥克斯韋沒有辦法清晰的說明這種機(jī)制究竟是怎樣的，就干脆假想出了一個(gè)妖怪。

據(jù)說劍橋某位物理學(xué)家有一次恭維愛因斯坦說：“你站在了牛頓的肩上”，愛因斯坦卻回答：不，我是站在麥克斯韋的肩上！

麥克斯韋方程可以說是濃縮了麥克斯韋的畢生成果，讓無數(shù)物理學(xué)家前赴后繼去研究，但除了麥克斯韋方程之外，麥克斯韋放出的麥克斯韋妖，也整整糾纏了物理學(xué)家一個(gè)多世紀(jì)。所以物理學(xué)家一直想證明麥克斯韋妖的存在！

在麥克斯韋構(gòu)想中，麥克斯韋妖有極高的智能，可以追蹤每個(gè)分子的行蹤，并能辨別出它們各自的速度。妖精掌握和控制著高溫系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)之間的分子通道。它利用了分子運(yùn)動(dòng)速度的統(tǒng)計(jì)分布性質(zhì)。

通過這樣一個(gè)能夠控制分子運(yùn)動(dòng)的小妖精，只允許快分子從低溫往高溫運(yùn)動(dòng)，慢分子則從高溫往低溫運(yùn)動(dòng)，在“小妖”的這種管理方式下，兩邊的溫差會(huì)逐漸加大，高溫區(qū)的溫度會(huì)越來越高，低溫區(qū)的溫度越來越低。

我們知道永動(dòng)機(jī)是不可能存在的，于是人們想到了第二類永動(dòng)機(jī)，這個(gè)麥克斯韋妖就是第二類永動(dòng)機(jī)的范例。這個(gè)裝置所吸收的熱量最終是能夠作為驅(qū)動(dòng)永動(dòng)機(jī)的源頭。

于是后來在1881年，約翰·嘎姆吉開始著手設(shè)計(jì)了一個(gè)利用海水的熱量將液氨汽化，推動(dòng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。

但是這一裝置無法持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，因?yàn)槠蟮囊喊痹跊]有低溫?zé)嵩创嬖诘臈l件下無法重新液化，因而不能完成循環(huán)。所以物理學(xué)界的這個(gè)妖怪，也只能存在于假想之中，不可能真是存在。

時(shí)至今日，科學(xué)家依然不敢說徹底斬殺了“麥克斯韋妖”，但是可以確定地說，蘭道爾已經(jīng)徹底將“麥克斯韋妖”從熱力學(xué)第二定律中驅(qū)逐了出去。

“麥克斯韋妖”的 探索 其實(shí)也就是人類對(duì)于能量與信息之間的本質(zhì)關(guān)系的 探索 ，同時(shí)也是人類對(duì)于漫漫宇宙的思考，那就是在浩渺宇宙，會(huì)不會(huì)存在這樣的一個(gè)地方，違背人類認(rèn)知中的所有規(guī)則與定律，還是整個(gè)宇宙就是一個(gè)超大的孤立系統(tǒng)，就是完完全全按照其已經(jīng)存在的法則運(yùn)行。

可怕得“麥克斯韋妖”，它的出現(xiàn)拯救了宇宙，為何如此強(qiáng)大？

提到“妖怪”，我們都知道，這都與民間傳說有關(guān)，在現(xiàn)實(shí)中，是并沒有“妖魔鬼怪”存在的，不過，對(duì)于不甘寂寞的科學(xué)家們來說，他們雖然信奉科學(xué)，但是卻也有著“怪力亂神”的一面，比方說，在19世紀(jì)末，就有一名科學(xué)家創(chuàng)造出了一只假象中的妖怪——麥克斯韋妖。

麥克斯韋妖再現(xiàn)江湖

先看看什么是麥克斯韋妖，它是一種物理學(xué)中的假象妖，創(chuàng)造它的物理學(xué)家——詹姆斯·麥克斯韋，賦予了它非常強(qiáng)大的技能，在詹姆斯·麥克斯韋的設(shè)定中，麥克斯韋妖可以探測(cè)并且控制單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)，甚至它的出現(xiàn)，直接與宇宙的最終命運(yùn)有關(guān)。

那么，信奉科學(xué)，從不相信迷信的物理學(xué)家，又是如何創(chuàng)造出麥克斯韋妖的呢？這需要從熱力學(xué)第一定律開始說起。

19世紀(jì)50年代，一種涉及熱現(xiàn)象領(lǐng)域內(nèi)的能量守恒和轉(zhuǎn)化定律被提出，簡單來說，熱力學(xué)第一定律認(rèn)為，熱量是可以從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體上的，并且也可以與其它能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時(shí)，因?yàn)槟芰渴睾愣桑@也意味著，即使能量在不同的物體之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但是，能量的總值卻仍然是保持不變的。

當(dāng)然，一個(gè)定律的提出，自然也意味著它需要經(jīng)過不斷地驗(yàn)證，才可以最終被承認(rèn)，當(dāng)然，事實(shí)也證明，熱力學(xué)第一定律，是完全經(jīng)得起時(shí)間考驗(yàn)的，這也讓它很快就成為了被公認(rèn)的科學(xué)定律。

當(dāng)然，任何定律在提出后，即使被公認(rèn)，但是仍然會(huì)存在著質(zhì)疑和不足，這也與人類的認(rèn)知和科學(xué)技術(shù)發(fā)展有關(guān)，于是，很快就有研究者提出，雖然熱量可以從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體之上，不過，如果是低溫物體和高溫物體，那么，熱量只能自發(fā)地從高溫物體上傳遞到低溫物體上，是無法自發(fā)從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體上的。

在這個(gè)觀點(diǎn)下，熱力學(xué)第二定律也被提出，它還有一個(gè)別名，就是熵增加原理。看到這里，可能有朋友會(huì)好奇，什么是“熵”呢？

簡單來說，熵也是熱力學(xué)的概念之一，它是物理學(xué)上的一個(gè)度量，也是熱力學(xué)中表征物質(zhì)狀態(tài)的參量之一。

不過，在熱力學(xué)第二定律提出后，很多研究者也并不認(rèn)同熱力學(xué)第二定律，認(rèn)為它的出現(xiàn)代表著一種“絕望”，它可能直接讓我們所在的宇宙再也沒有未來。

因此，很多研究者也是希望可以通過研究，來證明熱力學(xué)第二定律的錯(cuò)誤，麥克斯韋妖就是在這個(gè)過程中被提出來的，它的出現(xiàn)就是為了說明，熱力學(xué)第二定律是存在錯(cuò)誤的。

說起來，之所以麥克斯韋妖被提出，還與一個(gè)原因有關(guān)，因?yàn)閺臒崃W(xué)第二定律的角度出發(fā)，事實(shí)上，既然說低溫是無法自發(fā)向高溫傳遞熱量的，那么，這也意味著，整個(gè)宇宙中的熱量也是如此。

在宇宙大爆炸發(fā)生后，宇宙的熱量就開始從高溫向低溫傳遞，最終達(dá)到熱量平衡，也就是宇宙中不再存在著溫差，這個(gè)效應(yīng)也被稱作“宇宙熱寂論”，它的出現(xiàn)讓人們感到絕望，因?yàn)檫@意味著無論人類如何發(fā)展，都免不了和宇宙一起消亡。

什么是宇宙“熱寂論”？

我們都知道，當(dāng)科學(xué)家們有了“宇宙”的概念之后，就開始對(duì)宇宙進(jìn)行各種研究，一方面是希望可以找到宇宙的起源，而另一方面，則是希望可以知曉宇宙的最終命運(yùn)如何。

畢竟，這直接關(guān)系到我們的起源，以及我們的未來，說白了，人類文明能否一直永存，在不考慮任何可能會(huì)中途讓人類文明毀滅的因素條件下，宇宙的最終命運(yùn)，才是和人類最息息相關(guān)的。

那么，宇宙的最終命運(yùn)究竟如何呢？多年來，科學(xué)家們也是提出了很多種的猜想，而其中最悲觀的一個(gè)，就是根據(jù)熱力學(xué)第二定律提出的宇宙“熱寂論”。

作為一種假說，宇宙“熱寂論”認(rèn)為，伴隨著宇宙中高溫不斷向低溫轉(zhuǎn)移，最終宇宙中的熱量會(huì)達(dá)到一個(gè)完美的平衡狀態(tài)，而在這個(gè)時(shí)候，因?yàn)闇夭畈辉俪霈F(xiàn)，所以，宇宙也變成了“熱寂”，再也沒有任何可以維持宇宙繼續(xù)演化，包括維持宇宙中生命繼續(xù)存在的能量出現(xiàn)。

這也意味著，只要宇宙中的溫差消失，宇宙中的所有物質(zhì)溫度都達(dá)到了熱平衡，那么，宇宙也就正式迎來了末日，宇宙中的一切，也都會(huì)隨之毀滅。

不得不說，這個(gè)假說的確是很令人絕望的，因?yàn)樵诖饲暗难芯恐校芏嘌芯空叨颊J(rèn)為，宇宙會(huì)一直存在下去，宇宙膨脹是不會(huì)停止的，這也意味著，宇宙并不會(huì)消亡。然而，伴隨著宇宙“熱寂論”的出現(xiàn)，相當(dāng)于直接給宇宙判了死刑。

所以，為了讓人們對(duì)于宇宙重新充滿期待，詹姆斯·麥克斯韋就創(chuàng)造出了麥克斯韋妖，通過它來告訴人類，宇宙是存在未來的。

那么，麥克斯韋妖又是如何和宇宙“熱寂論”抗衡的呢？讓我們看一下相關(guān)的思想實(shí)驗(yàn)：先讓我們準(zhǔn)備一個(gè)容器，在這個(gè)容器里，裝滿了空氣，并且容器里面的分子溫度也是均勻的，不過，這些分子的運(yùn)動(dòng)速度，卻是完全不同的，這也意味著，受到運(yùn)動(dòng)速度不同的影響，直接會(huì)導(dǎo)致分子之間的溫度也出現(xiàn)不同。

這個(gè)時(shí)候，我們從這個(gè)容器中，任意選取平均速度幾乎是一樣的大量分子，然后將它們分為兩部分A和B，這個(gè)時(shí)候，運(yùn)動(dòng)速度快的分子從A去往B，而運(yùn)動(dòng)速度慢的分子則從B去往A，在這個(gè)過程中，原本是溫度均勻的容器中，因?yàn)榉肿拥乃俣炔煌裕蜁?huì)導(dǎo)致B里面的溫度要比A的高很多，自然，也就無法實(shí)現(xiàn)熱寂。

在設(shè)定中，麥克斯韋妖就是這樣一只可以隨時(shí)追蹤、檢測(cè)分子運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)的“假象妖精”，不過我們都知道，分子是不可見的，這也意味著，即使我們從肉眼的角度來說，判斷大塊的物體之間會(huì)實(shí)現(xiàn)“熱寂”，但是內(nèi)部的分子卻仍然是存在著溫差。

所以，宇宙也是如此，這樣一來，也就意味著從熱力學(xué)第二定律角度出發(fā)的“宇宙熱寂論”，本身就是一個(gè)偽命題，自然，麥克斯韋妖在和宇宙“熱寂論”對(duì)抗的過程中，也就捍衛(wèi)了宇宙的明天，也讓人類不再擔(dān)心有一天會(huì)因?yàn)橛钪嫠劳龆呦蚪K結(jié)。

那么，既然無論是麥克斯韋妖也好，還是宇宙“熱寂論”，它們本身都是假說的一種，不妨讓我們從宇宙命運(yùn)研究的角度出發(fā)，看看科學(xué)家們還有哪些有趣的猜想。

宇宙的最終命運(yùn)究竟走向如何？

如今，伴隨著研究的深入，人們基本上已經(jīng)對(duì)于宇宙的起源有了一個(gè)普遍的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)代科學(xué)研究認(rèn)為，宇宙是起源于一場(chǎng)大爆炸，在大爆炸發(fā)生之前，宇宙什么都沒有，時(shí)間、空間等所有的概念也都不存在，說白了，大爆炸發(fā)生之前的宇宙，就是一片虛無。

一直到大約137.7億年前，一顆奇點(diǎn)大爆炸，讓宇宙隨之誕生，宇宙也在大爆炸的高溫之下快速膨脹，并且一直到今天也在持續(xù)膨脹著，并且在過去的130多億年時(shí)間里，通過膨脹不斷變大，宇宙中的各類物質(zhì)也逐漸豐富起來。

不過，都對(duì)于宇宙大爆炸的研究，只能為我們解釋宇宙是如何起源的，卻并不能夠回答宇宙最終的命運(yùn)如何。

一些比較樂觀的研究者認(rèn)為，宇宙是會(huì)一直膨脹下去的，從宇宙誕生的那一刻開始，也就意味著宇宙會(huì)“永生”不停止。

不過，如果真的如此，似乎也無法解釋，當(dāng)初引發(fā)宇宙大爆炸的那個(gè)奇點(diǎn)，究竟是如何出現(xiàn)的，對(duì)此，也有研究者認(rèn)為，或許宇宙本身就是一個(gè)不斷的輪回過程。

研究認(rèn)為，當(dāng)宇宙膨脹到極限后，宇宙就會(huì)開始坍縮，最終重新變成一個(gè)奇點(diǎn)，之后積蓄能量，開始重新在大爆炸中迎來新生。

換句話說，我們目前存在的宇宙，就是上一個(gè)宇宙的輪回，這也可以解釋奇點(diǎn)是如何出現(xiàn)的。那么，既然宇宙最終的命運(yùn)都會(huì)是毀滅，是不是意味著，人類也會(huì)伴隨著宇宙毀滅而消亡呢？事實(shí)上，人類并不是完全沒有出路。

因?yàn)槲覀兌贾溃F(xiàn)階段來看，科學(xué)家們都相信平行宇宙的存在，只要人類在我們所在的宇宙毀滅之前，找到通往另一個(gè)宇宙的入口就可以了。這樣一來，雖然宇宙是每一個(gè)獨(dú)立的，存在著末日的個(gè)體，但是只要新的宇宙不斷出現(xiàn)，那么，我們就有辦法實(shí)現(xiàn)“永生”，對(duì)此，你怎么看？

麥克斯韋妖真的存在嗎？

我個(gè)人認(rèn)為不可能吧，因?yàn)檫@個(gè)違反了科學(xué)熱力學(xué)的第二定律。

日本研究人員，他們?cè)?012年的時(shí)候說到，在11月15日，按北京時(shí)間算，出版的《自然物理學(xué)》網(wǎng)絡(luò)版上報(bào)告說，他們讓納諾球沿著實(shí)驗(yàn)室電場(chǎng)制造的梯子向上爬，爬行所需的能量是根據(jù)粒子在任何給定時(shí)間移動(dòng)方向的信息轉(zhuǎn)換而來的，這意味著科學(xué)家們首次在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)了從信息到能量的轉(zhuǎn)變。

大約在150年驗(yàn)證了英國物理學(xué)家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋提出的麥克斯韋妖的想法。它是一個(gè)虛構(gòu)的妖精，可以檢測(cè)和控制單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)，它是由英國物理學(xué)家麥克斯韋在 1871年構(gòu)思的，目的是為了說明違反熱力學(xué)第二定律的可能性。

現(xiàn)在，物理學(xué)家已經(jīng)證明遺忘已經(jīng)完全粉碎存在的可能性，因?yàn)檫z忘需要能量消耗，德國奧格斯堡大學(xué)的奧格斯堡大學(xué)的魯茲和他的同事根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，消除信息需要的能量是多么的少。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)表在 3月7日的《自然》雜志上。在 1961 中，IBM物理學(xué)家羅夫·蘭道爾 證明重置 1 位信息會(huì)釋放熱量。

也就是說，將二進(jìn)制位放入計(jì)算機(jī)中為零，無論初始值是 1 還是 0，釋放的熱量都很少。該能量是蘭道爾的閾值，與環(huán)境溫度成正比，因?yàn)槿瞬艅h除的信息，他們是將兩種可能的狀態(tài)壓縮為一種狀態(tài)，所以正是這種信息的壓縮，才可以導(dǎo)致熱量的散發(fā)。

關(guān)于以上的問題今天就講解到這里，如果各位朋友們有其他不同的想法跟看法，可以在下面的評(píng)論區(qū)分享你們個(gè)人看法，喜歡我的話可以關(guān)注一下，最后祝你們事事順心。

薛定諤貓和麥克斯韋妖怪是怎么回事

薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)是這樣的：在一個(gè)盒子里有一只貓，以及少量放射性物質(zhì)。之后，有50%的概率放射性物質(zhì)將會(huì)衰變并釋放出毒氣殺死這只貓，同時(shí)有50%的概率放射性物質(zhì)不會(huì)衰變而貓將活下來。

根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)，在盒子里必將發(fā)生這兩個(gè)結(jié)果之一，而外部觀測(cè)者只有打開盒子才能知道里面的結(jié)果 。在量子的世界里，當(dāng)盒子處于關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)則一直保持不確定性的波態(tài)，即貓生死疊加。貓到底是死是活必須在盒子打開后，外部觀測(cè)者觀測(cè)時(shí)，物質(zhì)以粒子形式表現(xiàn)后才能確定。

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)旨在論證量子力學(xué)對(duì)微觀粒子世界超乎常理的認(rèn)識(shí)和理解，可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規(guī)律不以人的意志為轉(zhuǎn)移，貓既活又死違背了邏輯思維。

麥克斯韋妖（Maxwell's demon），是在物理學(xué)中假想的妖，能探測(cè)并控制單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)，于1871年由英國物理學(xué)家詹姆斯·麥克斯韋為了說明違反熱力學(xué)第二定律的可能性而設(shè)想的。

麥克斯韋妖可以簡單的這樣描述，一個(gè)絕熱容器被分成相等的兩格，中間是由“妖”控制的一扇小“門”，容器中的空氣分子作無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)向門上撞擊，“門”可以選擇性的將速度較快的分子放入一格，而較慢的分子放入另一格，這樣，其中的一格就會(huì)比另外一格溫度高，可以利用此溫差，驅(qū)動(dòng)熱機(jī)做功。

擴(kuò)展資料：

薛定諤的貓是奧地利著名物理學(xué)家薛定諤提出的一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，試圖從宏觀尺度闡述微觀尺度的量子疊加原理的問題，巧妙地把微觀物質(zhì)在觀測(cè)后是粒子還是波的存在形式和宏觀的貓聯(lián)系起來，以此求證觀測(cè)介入時(shí)量子的存在形式。隨著量子物理學(xué)的發(fā)展，薛定諤的貓還延伸出了平行宇宙等物理問題和哲學(xué)爭(zhēng)議。

麥克斯韋妖（Maxwell's demon），是在物理學(xué)中假想的妖，能探測(cè)并控制單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)，于1871年由英國物理學(xué)家詹姆斯·麥克斯韋為了說明違反熱力學(xué)第二定律的可能性而設(shè)想的。

當(dāng)時(shí)麥克斯韋意識(shí)到自然界存在著與熵增加相拮抗的能量控制機(jī)制。但他無法清晰地說明這種機(jī)制。他只能詼諧地假定一種“妖”，能夠按照某種秩序和規(guī)則把作隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)的微粒分配到一定的相格里。麥克斯韋妖是耗散結(jié)構(gòu)的一個(gè)雛形。

參考資料：百度百科-科學(xué)史上最著名的貓，以及它令人意外的殘忍隱喻

麥克斯韋妖是什么

麥克斯韋妖是在物理學(xué)中，假象的能探測(cè)并控制單個(gè)分子運(yùn)動(dòng)的“類人妖”或功能相同的機(jī)制，是1871年由19世紀(jì)英國物理學(xué)家麥克斯韋為了說明違反熱力學(xué)第二定律的可能性而設(shè)想的。

當(dāng)時(shí)麥克斯韋意識(shí)到自然界存在著與熵增加相拮抗的能量控制機(jī)制。但他無法清晰地說明這種機(jī)制。他只能詼諧的假定一種“妖”，能夠按照某種秩序和規(guī)則把作隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)的微粒分配到一定的相格里。麥克斯韋妖是耗散結(jié)構(gòu)的一個(gè)雛形

在19世紀(jì)早期，不少人沉迷于一種神秘機(jī)械——第一類永動(dòng)機(jī)的制造，因?yàn)檫@種設(shè)想中的機(jī)械只需要一個(gè)初始的力量就可使其運(yùn)轉(zhuǎn)起來，之后不再需要任何動(dòng)力和燃料，卻能自動(dòng)不斷地做功。在熱力學(xué)第一定律提出之前，人們一直圍繞著制造永動(dòng)機(jī)的可能性問題展開激烈的討論。

直至熱力學(xué)第一定律發(fā)現(xiàn)后，第一類永動(dòng)機(jī)的神話才不攻自破。

熱力學(xué)第一定律是能量守恒和轉(zhuǎn)化定律在熱力學(xué)上的具體表現(xiàn)，它指明：熱是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種形式。這說明外界傳給物質(zhì)系統(tǒng)的能量（熱量），等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加和系統(tǒng)對(duì)外所作功的總和。它否認(rèn)了能量的無中生有，所以不需要?jiǎng)恿腿剂暇湍茏龉Φ牡谝活愑绖?dòng)機(jī)就成了天方夜譚式的設(shè)想。

熱力學(xué)第一定律的產(chǎn)生是這樣的：在18世紀(jì)末19世紀(jì)初，隨著蒸汽機(jī)在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，人們?cè)絹碓疥P(guān)注熱和功的轉(zhuǎn)化問題。于是，熱力學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。1798年，湯普生通過實(shí)驗(yàn)否定了熱質(zhì)的存在。德國醫(yī)生、物理學(xué)家邁爾在1841?843年間提出了熱與機(jī)械運(yùn)動(dòng)之間相互轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)，這是熱力學(xué)第一定律的第一次提出。焦耳設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)測(cè)定了電熱當(dāng)量和熱功當(dāng)量，用實(shí)驗(yàn)確定了熱力學(xué)第一定律，補(bǔ)充了邁爾的論證。

在熱力學(xué)第一定律之后，人們開始考慮熱能轉(zhuǎn)化為功的效率問題。這時(shí)，又有人設(shè)計(jì)這樣一種機(jī)械——它可以從一個(gè)熱源無限地取熱從而做功。這被稱為第二類永動(dòng)機(jī)。

1824年，法國陸軍工程師卡諾設(shè)想了一個(gè)既不向外做工又沒有摩擦的理想熱機(jī)。通過對(duì)熱和功在這個(gè)熱機(jī)內(nèi)兩個(gè)溫度不同的熱源之間的簡單循環(huán)（即卡諾循環(huán)）的研究，得出結(jié)論：熱機(jī)必須在兩個(gè)熱源之間工作，熱機(jī)的效率只取決與熱源的溫差，熱機(jī)效率即使在理想狀態(tài)下也不可能的達(dá)到100%。即熱量不能完全轉(zhuǎn)化為功。

1850年，克勞修斯在卡諾的基礎(chǔ)上統(tǒng)一了能量守恒和轉(zhuǎn)化定律與卡諾原理，指出：一個(gè)自動(dòng)運(yùn)作的機(jī)器，不可能把熱從低溫物體移到高溫物體而不發(fā)生任何變化，這就是熱力學(xué)第二定律。不久，開爾文又提出：不可能從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響；或不可能用無生命的機(jī)器把物質(zhì)的任何部分冷至比周圍最低溫度還低，從而獲得機(jī)械功。這就是熱力學(xué)第二定律的“開爾文表述”。奧斯特瓦爾德則表述為：第二類永動(dòng)機(jī)不可能制造成功。

在提出第二定律的同時(shí)，克勞修斯還提出了熵的概念S=Q/T，并將熱力學(xué)第二定律表述為：在孤立系統(tǒng)中，實(shí)際發(fā)生的過程總是使整個(gè)系統(tǒng)的熵增加。但在這之后，克勞修斯錯(cuò)誤地把孤立體系中的熵增定律擴(kuò)展到了整個(gè)宇宙中，認(rèn)為在整個(gè)宇宙中熱量不斷地從高溫轉(zhuǎn)向低溫，直至一個(gè)時(shí)刻不再有溫差，宇宙總熵值達(dá)到極大。這時(shí)將不再會(huì)有任何力量能夠使熱量發(fā)生轉(zhuǎn)移，此即“熱寂論”。

為了批駁“熱寂論”，麥克斯韋設(shè)想了一個(gè)無影無形的精靈（麥克斯韋妖），它處在一個(gè)盒子中的一道閘門邊，它允許速度快的微粒通過閘門到達(dá)盒子的一邊，而允許速度慢的微粒通過閘門到達(dá)盒子的另一邊。這樣，一段時(shí)間后，盒子兩邊產(chǎn)生溫差。麥克斯韋妖其實(shí)就是耗散結(jié)構(gòu)的一個(gè)雛形。

1877年，玻爾茲曼發(fā)現(xiàn)了宏觀的熵與體系的熱力學(xué)幾率的關(guān)系S=KlnQ，其中 K為 玻爾茲曼常數(shù)。1906年，能斯特提出當(dāng)溫度趨近于絕對(duì)零度 T→0 時(shí)，△S / O = 0 ，即“能斯特?zé)嵩怼薄Ｆ绽士嗽谀芩固匮芯康幕A(chǔ)上，利用統(tǒng)計(jì)理論指出，各種物質(zhì)的完美晶體，在絕對(duì)零度時(shí)，熵為零（S 0 = 0 ），這就是熱力學(xué)第三定律。

熱力學(xué)三定律統(tǒng)稱為熱力學(xué)基本定律，從此，熱力學(xué)的基礎(chǔ)基本得以完備。