从远古时代起，人类为了维持生存，发明和制造了各种机械，如斜面、滑轮、杠杆等。后来，随着社会物质文明的进步，人类又制造了许多机器。利用机器，人类创造了丰富的物质财富和精神财富。但是，无论对机器做出怎样的改进，人们发现，任何机械或机器都必须有外力作用才能运行，这些外力包括人力、畜力、风力以及现代化生产中的电力、水力、化学力、核力等等。

而且，利用任何机器都只可能减少力的强度，改变力的方向，而不能减少力做的功，也就是说，要使机器干多少活，人们至少必须相应地供给机器多少能量，甚至更多的能量。一旦停止供应，任何一台机器就不可能一直运行下去。“既要马儿跑，又要马儿不吃草”的做法，这在实际生活中肯定是做不到的。 历史上，有些人曾经设想制造出两种永动机。第一种永动机就是把机器完全与外界隔绝，依靠机器自身的能量周而复始地运行下去。然而，无论设计方案多么细致、周到，甚至是“煞费苦心”，在实际制作中都以失败而告终。

永动机是一类所谓不需外界输入能源、能量或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械。

说到永动机，首先要破解一个常见的望文生义的误解，即以为能够永远运动的机器就是永动机。如果你这么理解的话，那么你立刻就会发现许多永动机的设计。其实都用不着任何巧夺天工的方案，拿个滑轨（无论是环形的还是直线形的），把摩擦减到可以忽略不计，把一个球放在里面运动，不就可以永远运动下去吗？这需要什么技术含量？

一般认为有两类违反物理定律的永动机。第一类是违反能量守恒。这一类永动机的特点是只对外界输送能量，而自己不消耗能量。这明显是扯淡。如果这种永动机真的存在，那不等于是空盒子里存在无穷能量吗？质能关系告诉我们，能量等效于质量。那岂不是空盒子有无穷大的质量了吗？上称一称，称直接爆表了。所以第一类pass。

第二类相对麻烦一些，它违反的是热力学第二定律。还是一个机器，它需要外界提供能量。但奇妙的是，它只需要外界提供有限的能量E，然后它就能不停止地给一个耗能低于E的设备供能，其过程是，永动机提供给设备的能量会被设备消耗掉，但是永动机能自动把消耗的能量在转化为自己的能量，然后在供给设备，周而复始永不停止。问题在于，热力学第二定律是一个十分诡异的定律，它不是告诉我们能做什么事情，而是告诉我们什么事情不能做！这一条定律基本上把永动机全都给排除了。

为什么呢？存在所谓的“废热”。这一类热量永远不能自发地被机器利用了，除非消耗更多能量才能将它们变为有效用的能量。对于热力学第二定律，我多说一点。热力学第二定律有两种表述，即所谓克劳修斯表述和开尔文表述：

开尔文的表述是，不可能从单一热源吸取热量，并将这热量变为功，而不产生其他影响，表达的是能量和功之间转换的单向性；

克劳修斯的表述是，热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物，表达的是内能之间传递的单向性。

有人问，能否设计一个没有热耗散的体系呢？答案是：不存在。耗散是必须的。没有耗散的话，那世界相当可怕。想想看，身体里的水如果都能自发沸腾，人早死了。热力学第二定律在很大程度上为生命存在的必须定律。没有热力学第二定律，没有耗散，世界无法想象。