在人類對科學的探索歷程中，永動機的構想無疑是一個極具吸引力卻又充滿爭議的話題。
而對分子熱運動的研究，則為我們打開了理解微觀世界的新窗口。
1827 年，英國植物學家羅伯特·布朗在研究花粉在植物受精過程中的作用時，意外發現了花粉微粒呈現出不規則的運動。
這一發現，後來被正式命名為「布朗運動」。
永動機，這個看似美好的夢想，從理論上可分為兩大類，但它們都與重要的科學定律背道而馳。第一類永動機試圖在不消耗任何能量的情況下，持續對外輸出功率。
這種設想明顯違背了能量守恆定律，也就是熱力學第一定律。該定律表明，能量不會憑空產生或消失，只能在不同形式或物體之間進行轉化和轉移，且總量保持不變。
曾有人設想一種裝置，中間有個輪子連接着多個重物，期望通過輪子轉動使重物在特定軌道中不斷運動，以實現永動機的持續運轉。但實際情況是，輪子兩側的力矩相等，根本無法實現永恆轉動。
這個結果給那些追求第一類永動機的人帶來沉重打擊，也讓人們更加深刻地認識到能量守恆定律的不可違背性。
第二類永動機則打算在沒有溫度差的條件下，從自然界的海水或空氣中不斷吸取熱量，並將其轉化為機械能。儘管這種想法看似符合能量守恆定律，實則違反了熱力學第二定律。
德國物理學家克勞修斯指出，「熱不能自發地從低溫物體轉移到高溫物體」，英國物理學家開爾文也強調，「不可能從單一熱源提取熱量並將其完全轉化為有用功而不產生其他影響」。例如，有人曾設想製造一種機器，能夠從周圍環境中無限制地吸收熱量，並將其全部轉化為機械能來驅動其他設備。
然而，在熱量轉化為機械能的過程中，必然會產生一些無法避免的能量損耗，導致整個系統無法持續運轉。分子，作為構成物質的基本單元，其熱運動蘊含著豐富的科學奧秘。分子熱運動的本質是分子的無規則運動。
分子由原子組成，在熱能的作用下，它們在空間中自由碰撞、交換能量和動量，形成各種不同的排列方式和速度分佈。這種熱運動是物質熱性質的基礎，決定了物質的許多特性。
熱膨脹現象就是一個典型例子，當物體受熱時，分子的熱運動加劇，分子間的距離增大，進而導致物體的體積膨脹。分子間存在相互作用，同時它們之間也有一定的間隙。當分子間距離較小時，主要表現為斥力；當距離增大時，則表現為引力。
氣體分子之間的距離較大，作用力較小，所以氣體具有較強的流動性，容易被壓縮。液體分子間的距離相對較小，分子間的相互作用力既有引力也有斥力，分子在平衡位置附近進行無規則振動，因此液體沒有固定形狀，但不易被壓縮。
固體的分子間隙極小，作用力又很強，固體分子只能在固定位置附近進行無規則振動，這使得固體具有固定的形狀，且難以被壓縮。分子能夠持續進行無規則運動，是因為構成物質的分子本身具有能量，即機械能。從微觀角度看，每個分子都因擁有能量而處於運動狀態。
單個分子的運動遵循力學規律，而大量分子的集體運動則遵循統計規律，表現為無規則的運動狀態。在日常生活中，即使是看似靜止的物體，其內部的分子也在不停地進行着無規則運動。
比如，桌上的一杯水，水分子在杯內不斷地運動、碰撞。永動機與分子的無規則運動雖然都涉及「運動」，但二者在本質上有極大的區別。永動機的核心在於「做功」，它追求的是在沒有外部能量輸入或僅依靠單一熱源的情況下，能夠持續不斷地對外輸出功。
比如，一些人設想的永動機模型，期望通過某種特殊的裝置或原理，讓機器輸出有用的功，如驅動其他機械或提升重物等。但這種想法違背了能量守恆定律和熱力學第二定律，在現實中無法實現。
而分子的無規則運動是一種熱運動，它並不涉及對外做功。分子的運動源於其自身所具有的能量，在微觀層面上，分子之間不斷碰撞和能量交換，從而呈現出無規則的運動狀態。
這種運動是物質的固有屬性，與外界是否提供能量無關，也無法被人類直接利用來做功。
