就整个宇宙而言，宇宙中的运动是无限的，既有物质运动由高能状态到低能状态的分散，又有由低能状态到高能状态的聚集。恩格斯说：“放射到太空中去的热一定有可能通过某种途径转变为另一种运动形式，在这种运动形式中，它能够重新集结和活动起来。”
因此，宇宙中的热动状态，只能在局部上趋向平衡，而又在总体上破坏平衡，使整个宇宙根本不可能最终达到热平衡状态。
从蒸气机到内燃机
通过对热机的研究，人们总结出了热力学第一定律和第二定律，它说明了热运动的一般规律，但是热运动的本质是什么呢？
从19世纪中期起，科学家们通过对气体分子运动的研究，对热现象进行微观解释，使热学进入到分子运动的水平。
通过对热力学和热学的研究，提高了蒸气机的效率，但是蒸气机本身有难以克服的缺点。
由于蒸气机的锅炉需承受重压，必须用结实的材料制造，使蒸气机很笨重；蒸气机操纵复杂。锅炉的燃烧需有经验的人专门看管；蒸气机启动慢，不能随意停止；蒸气机锅炉容易爆炸，危险性大。
更大的缺点是蒸气机的热效率低，一般只有5%～8%，最好的也不超过10%～13%。由于蒸气机的锅炉和汽缸是分离的，锅炉在外面燃烧，把燃料的热能传给蒸气机后再转化为机械功，这种外部燃烧的热损失较高，因此蒸气机的效率难以提高。
在蒸气机发展的同时，有人开始研究把外燃改为内燃，也就是不用蒸气做工作介质，利用燃烧后的烟气直接推动活塞运动，把锅炉和汽缸合并起来，这就是内燃机。
1794年，英国工程师斯垂特在研究瓦特蒸气机的基础上，制造了一台笨拙的内燃机，需要用人力把空气压入汽缸，然后喷入液体燃料，松节油或板油，再点火。
1799年，法国工程师蓝蓬提出了以煤气作为燃料，用电火花来点火的内燃机设计方案。
其后，英国工程师赖特设计爆发式内燃机，意大利工程师巴尔桑第研制自由活塞式内燃机，等等。
到1860年，法国工程师雷诺终于制成第一台实用的爆发式内燃机。这是一台单缸双动发动机，以煤气为燃料，活塞在它的前半冲程吸入煤气和空气的混合气，接着用电火花点燃，于是膨胀气体推动活塞完成后半个冲程。汽缸的另半部进行同样的过程，将活塞推回。
这台内燃机的热效率只有4%，电火花点火也不可靠，但它第一次成为带动其他机构的动力机。欧美报刊纷纷介绍，促进了内燃机的发展步伐。
雷诺内燃机的使用，使人们开始探索内燃机理论。卡诺在研究热力学时曾涉及到内燃机的基本原理，提出了压缩点火的可能性。
1862年，法国工程师德罗夏发表了内燃机理论，阐述了取得最高效率和最佳经济性能所需要的条件。他明确指出，要制造性能好的内燃机，必须使气体尽快膨胀到最大，并尽量提高膨胀的初始压力，如不能很好地满足这些要求，就会浪费大量气体。
德罗夏提出了实现这些要求的具体步骤，就是把活塞运动分为四个冲程：
吸收冲程：活塞下移，汽缸形成真空，并吸入油气燃料；压缩冲程：活塞上移，压缩进入汽缸的油气；爆发冲程：当活塞升到顶端时，电火花引爆油气，气体迅速燃烧膨胀，活塞下移带动传动机做功；排气冲程：活塞再次上升时，把燃尽的气体排出汽缸，回到第一冲程开始前的状态。
这种发动机就是四冲程内燃机，在当时是不浪费气体的最好的内燃机，以后的内燃机大多利用这个原理。
德罗夏提出四个冲程，只对内燃机理论作出了贡献，并没有实际制造出内燃机。他的理论发表在法国的一家地方刊物上，并没有引起人们的重视。
当时，德国的奥古斯特·奥托也想发明比蒸气机性能更好的内燃机，煞费苦心地进行设计和研制，但进展不大。一个偶然的机会，他发现了德罗夏的论文，觉得很有道理，便按德罗夏的理论进行研制。
1876年，奥托成功地制造了第一台四冲程内燃机，并取得了专利权，因此通常把内燃机的发明归功于他。奥托内燃机体积小，重量轻，消耗的煤气少，功率也比较大，在1878年巴黎万国博览会上展出，受到极高的评价。
自此，越来越多的工厂采用这种发动机来代替蒸气机。内燃机的历史从此开始。
但是奥托煤气内燃机有许多不便之处，不能作为船舶、车辆等运输机械的动力。
1859年，美国的宾夕法尼亚州打出了世界上第一口油井。此后，石油产量不断提高，汽油、煤油、柴油逐渐成为广泛应用的新燃料。
1883年德国工程师完成了汽油内燃机，1885年英国的普雷斯特曼研制出煤油内燃机，1892年德国人狄塞尔制造了第一台自动点火的柴油内燃机。
内燃机的发明，产生了动力机的一次新革命。内燃机不仅效率高，而且种类多，用途广泛，它推动了交通运输业革命，使汽车和飞机制造业迅速发展起来；引起了农业生产的机械化变革。
第二章地球学科的起源与发展大陆漂移学说1910年，一个秋日的夜晚，秋雨从天空绵绵不断地飘落下来，下得人心里都烦透了。这场雨一连下了五天，还没有停下来的趋势。
在德国马尔堡物理学院的讲师楼上，四楼的一间房子里，灯还亮着。虽然已经是夜里两点多钟了，但是，魏格纳却怎么也睡不着，只好起床，在屋子里转来转去。
前两天，魏格纳因伤风受凉，而患了重感冒，尽管吃了几次药，但还是没有多大好转，一天晚上，他又发烧了。赶紧爬起来又吃了两粒退烧片，这才觉得好受了一些。
魏格纳躺在床上，一会儿看看天花板，一会儿又看看电灯，头脑一时也没有停下来，他又把自己的目光，集中到墙上挂着的一张世界地图上。
突然，他惊奇地发现，大西洋两岸的轮廓竟然是如此的互相对应，尤其是巴西东端的直角突出部分，与非洲西岸呈直角凹进的几内亚湾非常吻合。
魏格纳顿时来了精神，他又继续朝南看过去，只见巴西海岸的每一个突出部分，都正好和非洲西岸同样形状的海湾相对应；同时，巴西海岸每有一个海湾，非洲方面就有一个相应的突出部分。
怎么会有如此的巧合呢？要是把它们拼合在一起，简直就像一块完整的大陆？
魏格纳的脑子里忽然闪过一个奇怪的念头：莫非非洲大陆与南美洲大陆曾经贴合在一起，也就是说，它们原是连接在一起的一整块原始大陆，它们之间没有大西洋，到后来才破裂、漂移而分开的。
这种大胆的想法，从此就一直困惑着、缠绕着这位学者，他决心一定要弄个水落石出。
到了第二年的夏天，有一次，他在学校图书馆查找资料的时候，无意间读到一篇论文，说根据一系列的古生物证据，巴西和非洲之间曾有过陆地联系。
魏格纳不由自主地想起，去年秋天那个雨夜，他在病中的发现。更加坚信，大西洋两岸轮廓的相似绝对不是偶然的巧合，这里面肯定有文章可做，也许是一个涉及大陆形成和地球演化的大问题。
他把自己的这一想法，跟他的老师、著名气象学家柯彭教授说了。
柯彭教授认真地盯着地图看了一会儿，觉得魏格纳讲得确实有些道理。
他告诉魏格纳，在地质学界，占领导地位的，一直都是“海陆固定”的学说。
所谓的“海陆固定”说，其主要观点就是，地壳升降是地球史上海陆变迁的主要原因，无论地壳如何升降，大陆块在地球上的位置是固定不变的，大洋盆地是永存的。
但是，自17世纪以来，许多人对“海陆固定”说产生了怀疑。
比如，哲学家培根就曾经指出：非洲西部和南美东部海岸线的吻合，不可能是偶然的巧合，肯定有着某种原因。
19世纪中叶，地质学家斯尼德尔发现欧洲和北美煤层中的植物化石雷同，他认为，煤层形成时期的石炭纪，欧洲大陆和美洲大陆曾经连接为统一的大陆。
19世纪末，进化论的创立者达尔文的儿子、英国天文学家乔治·达尔文又认为，月球原本是地球上的一部分地壳脱离地球后演变成的，而在月球形成后，地球上的大陆块重新调整了位置，大陆便发生了漂移。
柯彭教授好心地劝魏格纳，不要揽下这项“份外”的课题。因为大陆漂移问题至少涉及到地质、古生物、动物地理和古气候等一系列学科，论证起来，不是那么轻而易举的。
然而，勇于探索的魏格纳决心要把这个问题搞个水落石出，他开始努力地吸取地质学和古生物学知识，从浩如烟海的资料和典籍中收集大陆曾经连接和漂移的证据，从各个大洲之间的联系和对比中进行考察和寻索。
魏格纳没有孤立地看待各个局部地区的地质资料，而是从全球或洲际的范围内加以考察和追踪。
魏格纳想到，如果现在被大洋隔开的大陆从前果真是一个大陆的话，那么，在当时所形成的地层也一定像大陆轮廓一样可以拼接起来，同时，由这些地层褶皱所形成的褶皱山系也必定可以连接起来。
魏格纳首先考察了大西洋两岸的褶皱山系和地层。他发现，大西洋两岸的岩石、地层和褶皱构造确实像搭积木一样可以搭配起来。
如巨大的非洲片麻岩高原和巴西的片麻岩高原遥相对应，二者所含的火成岩和沉积岩，以及褶皱延伸的方法也非常一致。
魏格纳对于这种地层和构造上彼此相接的现象，作了一个比喻。他说，这就好比一张被撕碎的报纸，如果按其毛边拼接起来，报纸上的印刷文字行列也恰好齐整切合，凭这一点，我们就得承认这两片报纸原来是连在一起的。
魏格纳特别强调，由于相互衔接切合的不只是一个行列，而是有多个行列，这就排除了“偶然”和“巧合”之类的解释，把这一原则应用于大陆，正好为大陆曾经贴合提供了一个有力的证据。
面对大量古生物分布的有趣事实，传统学派认为是垂直运动——陆桥升降所引起，魏格纳则主张可以运用水平运动，即大陆漂移来加以解释。
魏格纳果断地认为，大西洋两岸以及其他一些地区间古生物的亲缘关系，并不是其间有什么“陆桥”存在，而是因为两侧大陆本身曾经直接相连。
也就是说，当时根本就没有什么大西洋、印度洋，到后来大陆破裂并漂移分开，才终于形成现在这样的海陆布局。
魏格纳还强调指出，对于一些大陆上古生物的分布，用大陆漂移说解释比用陆桥说更为确切。
比方说，舌羊齿植物化石在非洲、南美、澳大利亚和印度等地的石炭二迭纪地层中都有发现。而这些地区相距万里，所处气候带也不一样。
因此，即使用陆桥把它们联系起来，仍然很难理解舌羊齿植物在同一时期的分布情况。
大陆漂移说则不仅认为这些大陆曾经连接，而且认为它们之间在距离上并不十分遥远。也就是说，它们在当时曾经汇聚在一起，所处气候带也比较相近。
这样一来，舌羊齿植物化石的分布才得到圆满的解释。
1912年1月6日，在法兰克福召开的地质学会议上，魏格纳首次发表了他的学说。他明确地指出：
“南美洲与非洲原本是相互连结的一块大陆，后来因地壳剧烈变动，导致这块大陆分裂成两片，形成了今日各自独立的两块大陆。”
魏格纳的大陆漂移说发表以后，立即在全世界的地质学界引起了一场轩然大波。有人为之鼓掌喝彩，也有人斥之为奇谈怪论，因为从来人们就认为大陆是不动又不变的，大陆会裂开，而且会漂移，这真是太不可思议了。
魏格纳是个不肯轻易认输的人，为了替大陆漂移说寻找冰川学和古气候学的证据，魏格纳进行了横跨格陵兰的考察，从而获得了大量丰富的第一手资料。
1914年夏天，第一次世界大战爆发。魏格纳作为预备役军官被应征入伍．战场上，到处都是鲜血和尸体。但是，魏格纳的眼前却浮现出一望无际的大西洋，以及两岸的大陆、欧洲非洲大陆和南美洲大陆，这些大陆围绕大西洋到达北极……在战争的空隙，只要一有机会，他就从树上折下一根小树枝，在地上画起来，他画着非洲，画着美洲，他好像看见巴西正好是从非洲分裂散开的。
1915年，魏格纳在一次战斗中身负重伤，差点送了命。魏格纳因此而获准请了长假。他一边养伤，一边写完了研究大陆漂移说的划时代的地质文献《海陆起源》。
在这本书里，魏格纳如同一位博古通今的高级导游，把人们带进“新迪斯尼乐园”，去参观古往今来海陆的迁移变化。
按照魏格纳的描述，在距离今天大约3亿年前的古生代，地球上只有一块完整的大陆，叫做“泛大陆”，周围全部是汪洋大海。
后来，由于天体引力和地球自转离心力的作用，这块“泛大陆”开始分崩离析，犹如浮在水面上的冰块，越漂越远。
从此，美洲和非洲、欧洲分开，中间留下浩瀚的大西洋；非洲的一部分告别了亚洲，在漂移的过程中，其南端略有偏转，渐渐与印巴次大陆脱开，诞生了印度洋。
到了距今大约300万年前的第四纪初期，地球表面各大陆终于漂移到今天的位置。
魏格纳提出的大陆漂移说，是他多年来苦心研究的科学成果，他进行了多角度、多学科的反复严密的论证。
魏格纳提出的最明显的证据，便是大西洋两岸大陆海岸线的相似性。由于这些大陆在分裂时发生了大规模的玄武岩浆喷射，形成了今天分布在非洲安哥拉和南美巴西的同一个成矿带上。
近年来，有人取大陆架的轮廓用电子计算机测定，得到最佳拟合，偏差很小。
难怪现在有人惊叹，魏格纳是一位卓越的地质诗人，他的大陆漂移学说是震撼世界的不朽的地质之歌。
迷恋探险
1880年11月1日，魏格纳出生于德国柏林。他的父亲是福音派新教徒的传教士，当时任一家孤儿院的院长，在当地人的心目中，是个大好人。
小时候的魏格纳，算不上是个聪明绝顶的孩子，但是，他以自己的纯朴、善良、勤奋、好学，赢得人们的一致好评。
稍微能读懂文章的时候，他就迷恋上了探险家的故事。
英国探险家成了他心目中的偶像，特别是约翰·富兰克林为了探索和开辟出一条“西北航道”，最后牺牲在通往北极圈的路途上的事迹，给魏格纳的心灵造成了强烈的震撼。
魏格纳小时候体弱多病，三天两头发烧咳嗽。为了克服这个毛病，他自觉地对自己进行残酷的身体训练。
一年四季，他都坚持用冷水洗脸洗澡。天寒地冻的时候，他咬着牙穿着一件单衣站在雪地里，有时一站就是好几个小时；酷热难当的时候，他总是背着十几斤重的砂袋或大石头到郊外，有时一走就是几十公里。
一遇到下雪天，他都要去练习滑雪。滑雪的路线一旦确定下来，就不管道路怎样崎岖不平，坑坑洼洼，他总是奋力前往，摔倒了再爬起来，直到抵达目的地。
1900年，魏格纳从预科学校毕业后，进入高等院校学习，主攻天文学和气象学。
1905年，25岁的魏格纳获得了天文和气象博士学位。
大学毕业后，魏格纳即致力于高空气象学的研究工作。他曾经奋不顾身地投入高空探测气球的活动。
