我們只知道【物質是運動的】，但不知道【運動的第一推動力】，這就是本題的困惑，也是基礎物理的懸案。你可以用【熱一】與【熱二】判永動機死刑，但對本題是無濟於事的。

1 地球與太陽能量，從何而來？

這是首先需要追問的，我們無法直接考證，但可以藉助相關證據作間接的推理。

如何測地球年齡？不能用【碳14測年法】，因只用於動植物化石（活體死後體內¹⁴₆C就開始衰變，半衰期5700年，可測6萬年化石。1956年加州理工的克萊爾·帕特森用【鉛同位素法】測地球年齡4.55Ga即45.5億年。

地球太陽從何來？超新星大約每50億年爆炸一次。可設它們來自超新星爆炸的碎片組合，後來分別吸積成如今的模樣。

▲超新星大爆炸示意圖2 構成總能量的三要素

根據最近控制法則(closest rule)，地球與太陽可近似作為【二體封閉系統】。設地日質量分別為M與⊙，地日總能量守恆(ΣE)，子系統能量可以轉換（E₁↹E₂）。寫成兩個解析式：

ΣE=constant(常量)...(1)

△ΣE=0...(2)

總能量包括系統固有的總勢能(ΣEp)、總動能(ΣEk)、總位能(ΣU)，即：

ΣEi=ΣEp+ΣEk+ΣU...(3)

勢能，歸根結底，是電子以光速自旋的角動能，即：ε₀=m₀c²...(4)，把天體所有費米子與玻色子折換為電子質量當量(m=nm₀)，有

ΣEpi=Ep+Ep⊙...(4)，或

ΣEpi=Mc²+⊙c²=(n+n⊙)m₀c²..(5)

▲電子以光速自旋的角動能，是維持電子獨立存在的必要能源，是不可開發的能源。3 三種能量的分別解釋，如下

3.1 固有勢能Ep，有三個基本特性

① 固有勢能Ep不可被利用，否則電子不復存在，故稱【內秉能量】(inner energy)。

②固有勢能保證南北極負壓差的真空場引力。這是基元力，是強力、弱力、電磁力、分子力、萬有引力的大統一力（GUF）。

F=m₀c²/R...(6)

其二，地球動能Ek，是相對於特定參照系下，與太陽引力勢能差(△Ep)或位能(U)共時關聯的對應能量，可由衛星(質量為m)表現出來：

U=GM⊙/R=½M₁v²...(7)，其中

v=√(2G⊙/R)...(8)

=√(2×6.67×10⁻¹¹×2×10³⁰÷(1.5×10¹¹))

=√(17.78×10⁸)=42[km/s]

這是假定太陽恆定不動地球繞日的勻速圓周運動的線速度，事實上，太陽受木星影響也在震盪，地球繞日走橢圓，焦點不在太陽質心。只能按周長÷(365×24×3600)=30km/s估算。

對於質量為m的地球衛星，公式(8)改寫為：

v=√(2GM/R)...(9)，作為衛星的繞地速度。其中R是衛星離開地心的高度。如果是人造衛星，就得用額外的能量把它送到R處，以後為就可以直接利用此位能

U=GMm/R...(10)，作為人造衛星的能源。可見，位能增量△U是可被作為自然資源利用一段時間，但不是很久。

位能的表現，主要有【三種類型】

① 放射性元素的位能（U₁），中子內電子與質子之間的電勢位能，表現為核輻射能：

U₁=1.5ke²/Rₙ=ξ₁(m/m₀)hf...(11)

Rn是電荷之間的軌道半徑，或中子半徑。

② 原子內部的位能（U₂），核外電子與核電荷之間的電磁力引起的電勢能，同時對應電子震盪動能與原子光譜輻射能。

U₂=ke²/R=½m₀v²=ξ₂hc/λ...(12)

在地球重力與非真空環境下，基態電勢能與對應的輻射能不可被利用，它是維持原子存在的能量，否則原子將不復存在。

但是，如果對原子作功，電子獲得動能增量，如果沒有發熱損失，以電極電位的電勢差貯存在電荷裡，即

W=eU=△½m₀v²=ξhc/λ...(13)

理論上，這可以作為二次電池的儲能公式。

U₃=Gm₁m₂/R=ξ₃q₁q₂/R₃...(14)

▲利用重力位能的水力發電，是間隙效能源

地球的引力勢能，來自【水迴圈】，是可被間隙利用的【一次效能源】，例如水力發電、風力發電、海浪發電。

其它天體的引力，可作為探測器的一次效能源，也叫【引力彈弓】，這是大自然對人類的特殊恩賜。

▲引力彈弓效應，只是一次效能源。結語

1. 保持物質存在的【固有勢能】Ep=mc²是不可被利用，是物質絕對運動的第一推動力。保持原子核子的存在形式對應的電磁位能也不可利用。

2. 對原子內部的電子與核電荷作功，如加熱與輻射，可作為電池貯能的基本方式，與萬有引力位能一樣，都是【一次效能源】。

——完。

宇宙中此種不休止的動，與永動機是截然不同的。因為是帶一個“機”字，機不可能做到永動（零部件會在動中壞掉）。

望文生義要不得，永動機不是簡單的多動症。

它首先得是一隻雞，喔不，是一臺機器！更具體的說，它得是一臺能對外做功的機器。比如，能給手機充電，能讓汽車動起來等等。

為什麼西方歷史上，許多最聰明最有才華的人都為永動機的構想著迷，為此掉光了頭髮都不後悔？又是為什麼西方多個國家的專利局後來都發布規定，不再接受任何永動機專利的申請？

讓我們看看原因。

工業革命的起點是蒸汽機，也由此拉開了發明永動機的浪潮。

蒸汽機很好用，唯一的毛病是要燒煤。

圖示：初代蒸汽機，由托馬斯·紐科門製造。瓦特只是改良了紐科門蒸汽機，並非發明了蒸汽機。

隨著蒸汽機的普及，有人開始想，這東西雖然好用，但要源源不斷的燒煤，煤可是要錢的啊，更不用說還產生大量煤煙汙染了，所以有沒有一種不需要燒煤就能自己動起來的機器呢？這難道不是又要馬兒跑，又要馬兒不吃草的翻版麼？對的，史上第一類永動機的琢磨者，考慮的就是發明這樣一臺神奇的機器，它不需要從外界輸入任何能量，但卻能向外界不斷地輸出能量。所以別說燒油或者用電這樣的答案了，它們都不符合第一代永動機發明者的願望。

第一代永動機的嘗試

圖示：重力永動機，法華人亨內考想象中的魔輪。

聰明人最先想到的就是巧妙地利用地球的引力，製造出可以源源不斷向外輸出能量的永動機。法華人亨內考構想出的魔輪，啟發了許多人的腦洞，他們不斷地改進亨內考的設計，想製造出實用的重力永動機，但毫無疑問他們全都失敗了，最初他們將失敗歸因於技術水平問題，摩擦力太大問題等等，但當熱力學第一定律問世後，人們霍然發現，這類永動機註定了失敗，是因為它違背了能量守恆定律！當一個物體從高處落下後，它就不可能自己回到高處。從高處落下釋放能量同時就意味著回到高處需要能量。

圖示：水電站就是利用重力發電的機器，當水從高處流下時釋放的能量推動發電機運動，生成電能。那麼為何流到低處的水，又會再次回到高處呢？那是因為太陽將水蒸發到天空，透過降雨的方式，讓水又回到高處，因此生生不息，總之需要從外界輸入能量。

當然，理論上，如果能將魔輪上高處落下的擺錘，釋放的能量全部轉變為推動它上升的能量，那麼它就可以永動，但首先這種永動毫無價值，其次要想讓能量無損耗的轉換，也是不可能完成的任務。但更重要的是，設計永動機的目的是想從運動中向外輸出能量，如果做不到這一點，那麼就毫無意義，還不如直接玩牛頓擺，這東西只要給它一個初始的起動力，它就可以動很久，如果在真空中玩這個遊戲，那就可以動得更久了。

圖示：熱力學第一定律的另外一個簡單表述就是第一類永動機是不可能製造出來的。即不從外界輸入能量，但卻能源源不斷地向外界輸出能量的機器是不可能的機器。

第二代永動機，向大海要能量

當熱衷於永動機的人逐漸接受了熱力學第一定律：能量守恆定律後，簡單利用地球引力的永動機就被放棄了。但有人想到了一種新的永動機型別，這種永動機在理論上已經不可能永動，但它們如果實現了，也能提供非常龐大的能量，同時還不違背熱力學第一定律，因此也被稱為“永動機”。比如，將大海的溫度降低一攝氏度，釋放的能量就非常可怕了，那麼有沒有辦法設計一臺機器，直接利用海水的溫度中蘊藏的能量，來實現永動呢？

歷史上有一個叫嘎姆吉的工程師嘗試發明第二類永動機，在他設計的圖紙中，他打算採用液氨來完成這個任務，中心思想很簡單，液氨在海水的溫度下，變成氣體，於是推動輪船前進，然後氣化的氨又變成液氨，實現永動的迴圈。在這個過程中，氣化液氨的能量來自大海的熱能，理論上說這將讓大海的溫度稍微降低一點，但考慮到大海如此廣大，所以可以認為這一點點能量損失，壓根不需要認真對待。至於為什麼選擇液氨，是因為在當時的技術條件下，製造液氨不太困難，液氨的沸點是-33.5攝氏度，海水只要沒結冰，溫度肯定高於-33.5攝氏度。

但是這個設計還是失敗了，因為這位工程師沒有想到一個關鍵問題，那就是氣化的氨要怎麼才能重新液化呢？這意味著你需要給它提供一個溫度低於-33.5攝氏度的環境，它才能重新變成液體呀！

後來熱力學家發現，任何想利用熱能來做功的機器，都可以統稱為熱機。而熱機能夠做功的關鍵是溫差，即一定要有兩個熱源，一個高溫熱源，一個低溫熱源，而人類設計的機器，只是巧妙的將兩個熱源聯絡在一起，利用熱量從高溫向低溫流動的過程中，截獲一部分來做功。因此，任何單熱源向外做功的熱機都是不可能製造出來的。雖然大海和空氣可以看成兩個熱源，但這兩個熱源的溫差實在太小，很難被人類設計的機器的加以利用，更無法被液氨這樣的物質加以利用。此型別的永動機，後來被統稱為單熱源永動機，即試圖從某個熱源獲得能量，但卻沒有真正的第二個熱源來獲得溫差，沒有溫差，就沒有熱量的流動，也就無法對外做功。

隨著三大熱力學定律的創立，最終多國專利局宣佈不再受理任何永動機的專利申請。

搞笑的永動機設計

圖示：磁鐵永動機

永動機，並非字面意思永遠運動的機器。如果這樣的話，那世界上根本就不存在真正絕對靜止的機器，到處都是永動機了。

永動機是一類無需外界做功，但卻可以持續對外部做功的機器。也就是說，永動機對雖然外部做了功，但是本身的狀態並沒有改變，而且也沒有外部力量的介入。所以說，這種永動機是違反質能守恆定律的，因為能量被憑空創造了出來，而且是源源不斷的被創造出來。所以說，這種永動機從理論上就不被允許存在。

但是有很多人信邪，各種嘗試建造永動機。但是縱觀這些號稱建造了永動機的設計，都是存在錯誤之處的。這些永動機根本無法解釋能量守恆定律，也無法有效地運轉開來。所有的設計，都是一廂情願的意淫而已。不改變自身狀態，不從外界獲取能量，卻可以源源不斷產生能量的機器根本就不存在。

所以說，我們在遇到有關永動機的話題，一定要弄清楚永動機的概念和定義。要不然我們會鬧出笑話的。

說沒有永動機、大到宇宙、小到原子內部、都在不停的運動、要如何解釋？

首先我們來說說永動機，這曾經是人類夢寐以求想要製造出來機械裝置，但隨著人類對熱力學特別熵增的理解，在科學界早已形成共識，人類不可能製造出永動機！當然在絕大部分時候，不明真相的群眾也能分辨出永動機是不可能實現的，但似乎有一些封閉的系統非常迷惑人，比如天體的執行和原子的運動，似乎就是現實意義上的“永動機”，那麼事實上果真是嗎？

一、宇宙中的天體執行是永動機嗎？

其實這是最能迷惑人的現象之一，因為天體都在無休無止的執行中，從宇宙誕生以來都是如此，而且似乎將永遠運動下去！但大家可能沒注意過，天體到底是怎麼來的？來自於星雲的坍縮能，無論是公轉還是自轉，都是星雲在引力坍縮下的必然現象，也許可能對坍縮形成旋轉沒有直觀認識，不妨來了解下：

星雲物質在質心引力的作用下是會向中心掉落的，但在掉落的過程中並不平衡，因此這個過程最終將會形成螺旋形下墜，而這有幾種條件，即如果掉落速度不夠，那麼最終將被中心捕獲，如果速度足夠那麼可能逃逸，無論哪種，掉落的物質都參與了原始星雲盤的公轉過程，而它們則會帶動更多物質公轉！

當然很多朋友會有疑問，星雲是哪裡來的，來自於宇宙誕生時形成的恆星的超新星爆發，甚至直接來自宇宙誕生時原初星雲物質！並且天體的自轉是能被各種潮汐力消耗的，最終自轉速度將會越來越慢！二、原子內部的電子運動是永動機嗎？

我們先來了解下原子核內部的電子是怎麼運動的！首先我們有一點需要確認，電子在圍繞原子核運動過程中並沒有確切的軌道，只是在某個軌道上出現的機率，銀子核外電子的運動模式並不能準確的套用為軌道運動，而是一片機率雲！

儘管電子的運動是一機率分佈的，但電子會在吸收能量後躍遷到更高的能級的軌道，跌落時將釋放出一個光子，而使它發射出不同波長的輻射，吸收的能量高低決定了波段的高低！一直到釋放出伽瑪射線！

從電磁波開始到高能伽瑪射線為止，我們生活中大多光和熱的表現，都是電子運動引起的，當然這是果，而因則是電子吸收了能量！但問題是電子在不吸收能量時也在運動？為什麼還能動？其實要讓電子停止熱運動完全沒有問題，只是很可惜我們達不到這樣的條件，因為要達到絕對零度：-273.15℃，這是微觀世界停止運動的溫度，但我們永遠都不可能達到，即使在宇宙的熱寂時代，也仍然是無限接近絕對零度而已！

但有一點要提醒下的是，宇宙中的所有物質，整體平均溫度是逐漸下降的，因為一直在耗散能量，儘管總量不變，到將彌散在無窮的宇宙空間中再也無法收集起來，因此隨著物質溫度的下降，電子的熱運動見逐漸停止，當然在抵達絕對零度前，它並不會停止運動！不過即使抵達絕對零度，電子量子運動仍然存在！

我們的宇宙自138.2億年前大爆炸開始就在不斷的運動之中，大到宇宙空間膨脹小到原子內部電子繞原子核都是運動的體現，但是它們這些運動都沒有對外做功，沒有挑起一桶水或者點亮一盞燈，而永動機最大的“賣點”就是向外界做功，所以宇宙膨脹和原子內部的運動並不是永動機。

人類痴迷永動機的原因其實就是想“白吃不給錢”，這個樸素的夢想激勵著一代又一代科學先賢們，但物理學很快就從理論上指明瞭永動機是一條死路，換句話說永動機就像1+1=3一樣不可能。

現在我們看到所謂“永動機”都只是一些小模型玩具，在施加第一推動後只能運動一小會就會因為能量耗損而停下來。

現實中永動機不可行的背後其實是能量守恆定律和熵增定律在起作用，前者決定了能量不可能憑空源源不斷的產生，後者決定了無序的熱量不可能自動變為有序的能量進而供人類使用。

雖然永動機只是一個美好的設想，但未來可控核聚變技術突破之後能源問題就徹底解決了，因此可控核聚變技術雖然不是永動機卻勝似永動機。

可喜可賀，終於見到有人質疑了，覺醒的人要越來越多了。

我們已經大量應用麥克斯韋妖—二極體，當然二極體不是唯一的麥克斯韋妖。麥克斯韋妖能夠讓微粒單向運動，這其實就是個熵減過程，是機械製作、運轉的先決條件。

舉個例子，我們已經大量使用的太陽能路燈其實就是永動機，只不過它不夠敏感，需要很大的能量來源才能發電。隨著材料科學的進步，不排除未來有一天我們能造出足夠敏感的材料，能夠過濾宇宙微波甚至不斷漲落的虛粒子，那麼永動機的製造就不是問題了。退一萬步，就是現在的太陽能路燈，能夠利用壽命達數十億年的太陽，不是也可以勉強稱作永動機嗎？

所謂永動機，指的是一類不需要外界輸入能源或者能量以及僅有一個熱源的情況下就能不斷對外做功的機械。簡單來說就是不消耗能量就能永遠對外做功。永動機由於違反了能量守恆定律或者熱力學定律，所以不可能被製出來。

因此我們會好奇，不停運動的宇宙是否是永動機呢。答案當然是否定的。宇宙的能量來自於138億年前的大爆炸，並且宇宙的總能量是守恆的，熵依然在不斷增加。根據推測，宇宙的結局將會是達到熱力學平衡，宇宙的一切衰變成光子和輕子。只是這個過程十分漫長，我們才感覺宇宙會永遠運動下去。

原子內部的電子又是怎麼回事呢？我們都知道電子可以不停的繞核無規律的運動。這是因為電子具有勢能，而電子的運動又沒有阻力，所以才能一直運動。如果溫度達到絕對零度，電子才會停止運動。其次是電子的運動並不會對外做功，所以並不屬於永動機。

只是一直動可不算永動機

這是一個有意思的問題，因為它可能包含了很多人對於“動”的誤解，永動機是指一刻也不停在運動的機器嗎？那我人不就是一個天然的永動機了麼，我體內的分子都一直在永不停息地運動著呀，可是這樣的一個我能當永動機使用麼？不能，因為我幹活一會兒就會累。

一臺機器在工作之後，它消耗的能量哪去了？一個人在幹活之後，他消耗的能量哪去了？

它們統統變成了熱量，也就是分子層面的“一刻都不停止的運動”，也就是說，在能量守恆定律的約束下，我們的所有工作其實就是將一種能量變成另一種能量的過程，當我們使用手機電腦時，其實就是將電能轉化為熱能的過程，因為電腦會發熱，手機也會。

這其中就藏著一個概念，如果說機器在工作的時候是輸入“燃料”輸出“廢渣”，那麼電能就是“燃料”，熱能就是“廢渣”。也可以簡單粗暴地理解為，電能是一種比熱能更高階的能量，它在變成熱能的過程中可以做到一些不一般的事情。我們需要的就是這些東西。

物理最像魔法的地方

那麼這些不一般的事情是什麼呢？就以我們的電腦為例，在電能經過電腦之後，留下了什麼東西呢？這麼想的話你可能會感覺不可思議，沒錯，電腦好像沒什麼變化，既沒有變大也沒有變重。可是……當然會有變化，不然為什麼我們不拿這些電做一個烤雞翅膀呢？

比如此刻的我，下面鍵盤面前噼裡啪啦，在不久時間之後這篇文章會透過網際網路傳播到很遠的地方，讓很多遠在天邊的人也可以看到這些文字。你們看到的是什麼呢？是能量嗎？並不是，看文章並不能充飢。但是我現在腦中出現的資訊已經進入了你們的腦中，也就是說——你接收了來自我的資訊，那麼我的資訊又是來自哪裡呢？或者這麼說，資訊是一種可以憑空產生的東西嗎？

也不是，很簡單的一個道理，如果我沒有東西吃，過一段時間後就會餓死，餓死之後的我自然也就不能生產資訊，食物給了我什麼？化學能。那我將它吸收後透過呼吸作用最後放出了什麼？體溫，也就是我的熱量。你看，化學能在轉化為熱能量的過程中再次釋放了資訊。

這一切都指向了一個結論——資訊是在其它形式的能量轉化為熱能的時候釋放的。這聽起來可能會有一點玄幻，好像是魔法的力量，但它確實是物理學研究的領域。

有序變無序的過程推動了一切

現在讓我們來對比一下，電能的本質是電子的定向移動，熱能是原子核與電子的隨機運動，如果我有兩個線圈，一個儲存著電能，另一個則有足夠的溫度，它們電子的平均動能是相當的，那麼它們的倆的不同在哪裡？

很明顯，其中一個都向著同一個方向運動，而另一個則是雜亂無章的，這讓它們變成了兩種不同的能量。這也就是說，一個有“有序的”，一個是“無序的”。現在我們再回頭想想所謂的資訊是什麼，如果幾千個漢字隨機排列著，是資訊嗎？不是，只有按照一定規律排列的漢字才是資訊，也就是說資訊的本身其實也是“有序”。

現在你再想一想所有的機器，你會發現能量在其中只是走一個過場，使用前和使用後機器本身沒有變化（或者幾乎沒有，當然它會變舊一點），最終這些能量都變成了熱量。

你可能已經發現了，沒錯，機器消耗的其實不是能量，而是“有序”。在這個宇宙中存在著一個接近於真理的事實，就是有序的能量可以自發地向無序的能量轉化，反之則不行。

也就是說推動機器運轉的其實是“有序”本身，能量只是一個載體而已。

有關秩序在物理學有中擁有一個專屬的單位，叫“熵”，只不過就像電流的方向其實與電子的移動方向相反一樣，熵不是指“有序”而是指“無序”，要表示有序就得在熵的前面加一個負號，也就是所謂的“負熵”，而有序會自發地變為無序的現象也就是著名的“熵增原理”。

憑空創造有序的永動機

所以——現在你明白永動機的問題到底出在哪裡了吧！它是要憑空創造出“有序”來，這不就是魔法麼！我念個咒語死掉的動物就會復活，或者已經碎的稀巴爛的杯子突然恢復如初，這怎麼可能呢？只是因為永動機的說法聽起來貌似很科學，才掩蓋了它是魔法機的本質。

當你停在一個點上的時候，你可能會覺得自己就是永恆，當你放眼時光隧道的時候，自己只不過是一個匆匆的過客。

所有的人都在告訴我們時光就是流水。本身，從流水這個名詞上就可以感覺到，一切都是在動的，但是如果我們拿起我們手中的手機或者相機對著流水拍一張照片的時候，我們會發現它是靜止的。

如果停留在靜止這一個字上，我們會感覺到一切動和靜沒有根本區別，這就是為什麼我們感覺到，我們現在無論是分子原子甚至地球在沒有任何動力的前提下，卻按照某種規律在執行著。

。

所以我們有無窮的可能，太陽系銀河系，一切一切都是一種某種自然界的規律。

當我們忽略我們失去的，那麼我們就是永動的。