更新时间：作者：小小条
“数以百万计的人看到了苹果落地，但只有牛顿问了为什么。”——伯纳德·巴鲁克
我们每一个人都对生活的世界充满了热情和好奇，一生中都会遇到某些特定的问题，可能有些问题从未得到满意的答案。我们在生活中常见的就是宏观物体，这些物体的运动状态在我们脑海里一般都比较直观，但微观世界的问题往往会带有一定的遮蔽性，因为我们看不见它们，所有有时很难理解。今天我们要说的问题跟苹果有关，但不是砸牛顿脑袋的那个苹果，而是一个微观世界的苹果。问题是这样的：
如果一个苹果中所有随机分子的热运动都朝相同的方向运动，那么苹果会自发的运动吗？会走多远？
在微观层面上，当我们考虑宏观物体时，脑海里想到的画面是什么？
染色的苹果细胞（L）和未染色的（R）苹果细胞。
也许你首先想到的微小层面是组成苹果的细胞，它比肉眼能看到的尺寸只放大了数百倍。但这并不是物质的最小组成，我们可以更加深入的观察一个苹果内部的微观结构。
这是因为每个细胞都是由细胞器组成，每个细胞器都有独特的分子形式，赋予它结构和功能，每个分子本身都是由更小的粒子组成：原子、电子、原子核，甚至更小的基本粒子，如夸克和胶子。
因此当我们说苹果的围观结构的时候，可能想到最小的物质成分，以及这些粒子是如何进行随机运动的。
如果上图是苹果内部的粒子运动（其实不是，后面再讨论），现在我们测量苹果的温度，比如说苹果一直放在室温下，或者大约298K，然后计算出粒子的质量，例如一个糖分子的质量为342.3 amu，然后使用动力学分子理论的数学计算出这些分子的平均移动速度。 就会得到一个很大的数字：大约147米/秒，或者529公里/小时。这个速度大约是下图中发射出球体速度的三倍。
如果我们可以以某种方式从苹果内部原子的运动中获取所有的热能，然后100%有效地将其转化为苹果自身的动能，苹果就会运动，由于现实中摩檫力的存在，直到耗尽能量，苹果最终停止。
但是这种推理存在两个问题，也就是说有两个切实的理由表明，苹果永远不会运动，苹果分子也不可能有序的排列提供动能。
热运动属于一种随机运动，这意味着在一个系统中有一个原子或分子向一个方向运动，就有另一个原子或分子以相同的速度向相反方向运动。当然，苹果的各个微观部分可能移动得很快，但总的来说，苹果的净动量是零，就像苹果本身可能是由10^27个质子和10^27个电子组成，但总体上没有电荷在起作用，也就是说苹果是中性的，因为总的电荷是平衡的。同样地，我们不能把随机的能量结构转换成某一个方向的动能，而不以某种方式去补偿。
也就是说火箭以某个特定动量向一个方向运动，那么在相反的方向上也必须有相等的动量来与之平衡，苹果想要向一个方向运动，在另外一个方向上必须有大小相等方向相反的动量予以补偿。
其实这也可以等同于生活中的一些例子，我们经常会说你自己把你自己提不起来，或者你自己把你自己推不倒，简单来说就是力的作用是相互的，要想改变一个物体的运动状态，必须有一个静外力来作用在物体身上。
下面还有第二个不可能发生的原因！
苹果中的原子实际上并不是自由的，而是被束缚在分子结构中，而这些分子也被束缚在一个大型的固体结构中。上文中原子相互碰撞的图片其实是对液体很好的描述，而气体和等离子体的原子更加自由，运动更加剧烈。但是对于固体呢？我们不能应用相同的物理原理，其实在固体中分子和原子只是在原地振动或旋转运动，但不是自由、快速的运动。
因为在固体中有大量的能量储存在固体分子的化学键中，但是引起这些原子振动的热能不足以打破这些化学键，因此苹果是固态的。
想要将固态变为液体甚至是气态，就需要大量的能量来打破化学键，让原子和分子重新组合，如果对苹果这样做，肯定会让苹果脱水，因为任何高于373 K的温度都会把苹果内部的水全部蒸发掉，再持续加热，后面的就不是苹果了。
因此我们不能做到让一个苹果中的原子或分子，朝一个方向运动，除非将苹果气化，甚至变成等离子态。就算我们让一个等离子系统中的粒子朝一个方向运动，那么因为动量守恒，这个系统也不会运动。如果像上文说的，我们将这个热量，通过某种方式转化为动能，在外部给苹果做功，那苹果肯定会运动。
如果我们强迫自己承认一个事实，那就是苹果里没有独立的、自由的水分子、糖分子和其他小分子，而是有非常大的、巨大的结构（比如细胞），那么我们就会发现，单个的“随机运动”比我们之前认为的要小得多。即使我们假装（这是一个很大的夸张）苹果被分成了毫微克质量的粒子，这些粒子不受束缚，可以自由移动，那么这些大粒子的热运动将非常微小：速度大约是每秒100微米。
换句话说，因为苹果是固态的，其中的分子是结合在一起的，这些热运动根本无法达到非常大的速度。即使我们设计出一个想要的配置，让苹果中的粒子自由的运动起来，事实上，在一天结束的时候，只会得到了一个稍微热一点的苹果，它不会移动任何地方。
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