每一个接受过初等教育的人都知道热力学第一定律。它的规范表述是：热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但在转换过程中，热量的总值保持不变。这个定律其实是能量守恒定律的一个特例，即热量守恒。

热量或能量在人们的生活中具有广泛的用途。既然科学规律告诉我们能量永远不会减少，我们也就没有必要珍惜它了，可以肆无忌惮地消耗大自然恩赐给我们的各种能量。然而，事实并非这样，如石油危机等能量短缺给人类带来了极度的生活不便及心理恐慌。

因为大自然除了遵循热力学第一定律，还遵循热力学第二定律。第二定律比较复杂。它的表述形式有多种版本，较为普遍接受的是克劳修斯表述和开尔文表述。前者说：不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化；后者说：不可能制成一种循环动作的热机，从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其他变化。

这两种表述在理论上是等价的。意思都是说，当我们出于某种目的而消耗热量时，热量一定不会完全地转化为我们的目的。在这个过程中，热量必然会发生不可逆的减少。

第二定律实质上是对于第一定律的补充：虽然总体热量不变，但每一次热量的转换，总会导致热量的浪费。虽然浪费的那一部分热量也是热量，然而这部分热量于人类及人类的活动却没有任何意义。换句话说，人们在进行热量转化的活动时，一定会发生热量的减少。

第二定律还有一种更加体现本质的表述——熵增原理，即孤立系统的熵永不自动减少，熵在可逆过程中不变，在不可逆过程中增加。熵，是热力学中表征物质状态的一个概念，其物理意义是体系混乱程度的度量。熵增原理表明，热力学第二定律是一个关于大量分子无规则运动所具有的统计规律。

举个例子，假设我们把一滴墨汁滴入一碗清水中，墨汁的分子运动自然发生的结果必然是墨汁会慢慢地散布于整碗水中，即碗中的混乱程度增加，也就是熵增。如果我们希望将这碗混合了墨汁的水再重新分开为清水和墨汁，那一定不是一个会自然发生的现象，必须借助外力的干预。

在众多的科学定律中，热力学第二定律也是一个比较特殊的定律。

第一，从表述方式上看，它存在多种表述形式，科学家似乎没有（也许是还未能）找到一种通用的表述方式。这种多样性反映出该定律的复杂性。

第二定律的克劳修斯表述如是说：在自然条件下，热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体向高温物体转移。要想把热从低温物体转移到高温物体，一定要消耗功，也就是要借助外力。

第二定律的开尔文表述如是说：自然界中任何形式的能都很容易变成热，但反过来，热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能。这就是说，热机能连续不断地将热变为机械功，一定伴随热量的损失。(www.daowen.com)

这样的表述，尤其是克劳修斯表述，与人们的日常生活经验是吻合的。但科学家从不认为与日常经验吻合就是天经地义的，恰如太阳每天从东方升起，就认为太阳“当然应该”从东方升起，科学家总是要探究其中的原因。

第二，对定律的解释和质疑也是比较多的。

对第二定律的权威解释是分子运动论：做功是大量分子的有规则运动，热运动则是大量分子的无规则运动。无规则运动要变为有规则运动的概率极小，而有规则的运动变成无规则运动的概率较大。一个不受外界影响的孤立系统，其内部自发的过程总是由概率小的状态向概率大的状态进行，由此可见，热是不可能自发地变成功的。

麦克斯韦试图通过一个理想实验对第二定律提出质疑。麦克斯韦设想了这样一个封闭容器，容器被分为两个部分，中间用一道小门隔开。这个与外界彻底隔绝的容器里充满“温度均匀”的气体。根据熵定律，在均匀的温度下分子是不能做功的。于是麦克斯韦在那道小门边放置了一个妖精（被称为“麦克斯韦妖”）。这个麦克斯韦妖能识别分子，它让高速运动的分子从左边部分进入右边部分，又让低于常速运动的分子从右边进入左边。“既然高速运动的分子与高温对应，而低速运动的分子又与低温对应，那么右面部分的气体温度就会上升，左面部分的气体温度就会降低。” “一旦建立了温差，那就可以用它来驱动热机作功了。”这样一来，麦克斯韦就打破了热力学第二定律。

不过麦克斯韦的这一理想实验也遭到西拉德的反驳。西拉德认为，如果麦克斯韦妖真正存在，那么它观察分子速度及获取信息的过程必然产生额外的能量消耗。

第三，第二定律还衍生出一些副产品。

第二定律是一个让人沮丧的定律。按照这个定律，人类在不断地把有价值的热量变成毫无价值的热量，那么总有一天，这个世界会被这些毫无价值的东西所充满。地球就成了一个废墟垃圾场。

这种沮丧情绪还在学界形成了一种热寂说。该学说认为，人类所产生的那些废弃的热量的累积，终将使地球因为过热而不适合人类生存，这就是热寂。人们对热寂说的反驳是：第二定律只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程，而不适用于少量的微观体系，也不能把它推广到无限的宇宙。

第四，更重要的还在于第二定律显示出与其他科学理论的矛盾。

最典型的是与进化论的路径完全相反。第二定律说，物质的演化总是朝熵增加、向混乱的方向进行。但进化论告诉我们：生物的进化总是由低级到高级，朝熵减少、向有序的方向进行。第二定律描述的是一个退化的方向，进化论给出的则是一个进化的方向。