19世纪中叶，科学家和工程师们已经清楚地研究出了不同形式的能量是如何相互关联的，他们测量了产生不同种类的能量需要多少某种特定的能量。举个例子，把30毫升的水加热1摄氏度所需的能量，相当于把12.5千克的重物提升1米的能量。
人们意识到的更深层次的一点是，尽管机械功和热看起来很不一样，但它们都是同一事物的两个方面，那就是能量。这个想法被称为热力学第一定律。第一定律表示，能量不会被创造或毁灭，它只是从一种形式变为另一种形式。
19世纪的科学家意识到，这意味着整个宇宙的总能量实际上是固定的，令人惊讶的是，一定数量的能量能变成多种不同的形式。比如在蒸汽机中，能量不是被创造出来的，它只是由热能变成了机械功。
但最令人叹为观止的是，第一定律提出了一个大的问题：当一种能量变成另一种能量时到底会发生什么？为什么它会这么做呢？
问题的答案是由德国科学家鲁道夫-克劳修斯发现的，它也构成了热力学第二定律的基础。克劳修斯是一位来自波美拉尼亚的才华横溢的德国物理学学生，在柏林学习，在很年轻时就成为了一名非常出色的教授，之后在瑞士苏黎世新科技大学学习。19世纪50到60年代，克劳修斯提出了第一个完整的热力学原理的数学分析。
克劳修斯意识到，不仅宇宙的能量是固定的，同时能量似乎遵循了一个非常严格的规则，比如说，热能总会向一个特定的方向移动，他的这种见解实际上是科学界中最重要的思想之一。
就像克劳修斯所说的“热不能从冷的物体传递到热的物体”，这种想法完全是处于直觉。生活中我们都有这样的经历，如果把一杯热茶放在一边，很快它就会凉下来，这意味着热量会从热的杯子传递到空气中。
这种事实是显而易见的，但观点却是至关重要的，热量的流动是一个单向的过程，这似乎是宇宙运转的最基本原则。当然物体也能变热，但你需要做一些事情来让它变热，而且能量似乎总是倾向于从集中到分散。
克劳修斯把所有的关于能量转移的观点都用数学方法来进行研究，可以概括成一个等式：Sf>Si，他引入了一个新的量，称之为熵，用字母S代表，Sf和Si表示系统的最终和最初的熵。等式说的是，当热量从热的物体传递到冷的物体时，熵总是会增加。熵似乎是热量消散或扩散的量度，当热的东西冷却下来时，熵增加了。在克劳修斯看来，在所有孤立的系统中，这个过程是不可逆的。
克劳修斯对他的公式很有信心，他认为这一不可逆过程也适用于宇宙，他推测，整个宇宙的熵值将达到最大值，而我们无法避免这一点，这个想法被成为热力学第二定律，它比克劳修斯想象中的更奇怪，更美丽，更普适！
热力学第二定律的深层意义是，所有释放热量的物质在某种程度上都有联系，所有释放热量的物质都是不可逆过程的一部分，分散和传播的过程，熵增加的过程。在某种程度上，宇宙的命运似乎与一杯茶的命运是一样的！
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