《规律简史》｜一、二、三、零：热力学的四大定律

没错，就是“一、二、三、零”，不是“一、二、三、四”。

（1）热素说与热动说

在17世纪，著名的科学家如培根、波义耳、胡克、牛顿等都认为热是物体微粒的机械运动，温度随运动速度的增大而升高。但是到了18世纪，科学界对于热的认识出现了波折或者说倒退，多数的科学家特别是化学家把热看作是一种没有重量的物质，他们称之为热素。固体的融化和液体的蒸发都被看作是热素跟固体物质或液体物质的一种化学反应。

按照热素说，磨擦生热是由于磨擦的两个物体放出了和它们结合在一起的热素，这样就会得出热量与磨出的物质的量成正比。1798年，从美国移居欧洲的科学家伦福德伯爵在慕尼黑钻炮筒时，观察到产生的热量跟钻磨量是反相关的：钝钻头比锐利钻头给出更多的热，但切削量反而少。这和热素说恰好相反，因为根据热素说，锐利钻头应该更有效地磨削炮筒的金属，并从中放出更多的与金属结合的热质。伦福德发现，一只简直不能切削的钝钻头竟能在2小时45分钟内使18磅左右的水沸腾起来。伦福德由此得出结论，这样多的热完全是由机械能产生的，热本身是机械运动的一种形式。

1799年英国化学家戴维在真空中用一只钟表机件使两块冰相互磨擦，整个实验仪器都保持在水的冰点。他发现有一些冰因机械磨擦而融化了，因此戴维设想热是“一种特殊的运动，可能是各个物体的许多粒子的振动”。1807年，托马斯·杨提出另一种热动说。他根据对赤热物体的辐射热和光谱红外区的热效应的研究，设想热或许是象光一样的波动。可是热的唯动说在当时很少有人支持，直到19世纪50年代多数人依然相信热素说。

19世纪，法国已有人开始研究蒸汽机把热变为机械能的各种因素，这些因素在英国人那里并没有人进行过充分的研究，尽管那时蒸汽机在英国已经使用了一百多年。这是因为英国的工程师，如瓦特，大都是从实践中走出来的，而19世纪早期的法国工程师则是在工艺学院跟理论科学家一同接受过理论培养。所以，这些法国的工程师比较能够从事蒸汽机理论和一般机器理论的研究。

法国的理论科学家和实用工程师都研究了热的问题，而且他们几乎都采纳了热素说，把热看作是一种没有重量的流体。

理论物理学派的傅里叶在1822年出版的《热的解析理论》中处理了热在固体中的流动，这是一种新的数学分析方法。傅里叶主要关心的是热的传导现象，而根本不管热的机械效应。实际上傅里叶注意到了物体受热而膨胀并产生机械力，但他认为在研究热的传播定律时并不需要计算这些膨胀现象，研究热现象是有别于力学的一门科学。

傅里叶

（2）卡诺热机与卡诺循环

法国的工程师主要关心的则是热效应和机械效应的关系。机械效率低是当时工业的一个难题，在对热机效应缺乏理论认识的情况下，工程师们只是从热机的适用性、安全性和燃料几个方面来改进热机，从某一热机上获得的数据不能套用于另一热机。年轻的法国陆军工程师萨迪·卡诺采用了截然不同的途径，他不是研究个别热机，而是要寻找一种标准的理想热机。1824年，卡诺在他的《关于火的动力》一书中分析了决定蒸汽机和一般热机产生机械能的各种因素。卡诺让人们注意到这样一个事实，即蒸汽机里的热是在从高温部分（锅炉）流向低温部分（冷凝器）的过程中通过汽缸和活塞生产了机械功。卡诺因此认为，蒸汽机和另一种动力机器──水车是相似的，“我们可以恰当地把热的动力和一个瀑布的动力相比”。

到了1830年，卡诺意识到他的蒸汽机跟水车相似的说法并不确切，因为有一些热在机器运作过程中转变为了机械能，因而就丧失了。因此卡诺放弃了热素说，而采纳热只是各种物体中许多微粒运动的看法。他把这些新的认识写在了笔记里，生前没有发表。

卡诺研究了一种理想热机的效率,这种热机的循环过程被后人叫做“卡诺循环”。这是一种特殊的、又是非常重要的循环,因为采用这种循环的热机效率最大。做卡诺循环的热机叫做卡诺热机。

卡诺进一步证明了卡诺定理，提出在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切不可逆热机的效率不可能大于可逆卡诺热机的效率。可逆和不可逆热机分别经历可逆和不可逆的循环过程。卡诺定理成为热机研究的理论依据。对热力学过程的不可逆性的研究则导致了热力学第二定律的建立。

萨迪·卡诺

萨迪·卡诺出生在法国大革命的动荡年代，他的父亲拉扎尔·卡诺既是一位科学家，也是一位革命政治家，先后在罗伯斯庇尔和拿破仑手下担任要职，在法国大革命中担任军备和后勤工作的最高指挥，并立下卓越功勋。1812年，萨迪·卡诺考入巴黎综合理工大学，在那里受教于泊松、盖-吕萨克、安培和阿拉果这样一批卓有成就的老师。萨迪在大学还没有毕业时，他的父亲就随着拿破仑的失败而被流放国外，1823年客死他乡。父亲的死给年轻的萨迪和他的弟弟伊波利特带来沉重的打击，尤其是给内向的萨迪造成巨大的精神创伤。卡诺兄弟都深受父亲的影响，萨迪继承了父亲的科学事业，而伊波利特除了协助哥哥研究热力学问题之外，还继承了父亲的政治特质。伊波利特·卡诺是一位左派议员，他的儿子玛利·弗朗索瓦·萨迪·卡诺在1887年当选为法兰西第三共和国的第四任总统。

萨迪·卡诺在1832年因感染霍乱而过早地去世，年仅36岁。按照当时的防疫条例，霍乱病人的遗物应一律烧掉。卡诺生前所写的大量手稿就这样被付之一炬，留下万分遗憾，幸好他弟弟将他的小部分手稿保留了下来。他弟弟看到遗稿后却不明白卡诺所提出的原理的意义，直到1878年，时间过去了将近半个世纪，他的遗稿才得以发表。

卡诺早期根据热素说的研究工作由另一个法国工程师、巴黎桥梁道路学院的教授克拉佩龙加以发展。卡诺的工作的重要性通过克拉佩龙才被人知悉，直到19世纪50年代才被人普遍意识到。

（3）热力学两大定律的提出

在18世纪，拉瓦锡曾经证明动物释放的热量跟它呼出的二氧化碳的质量之比大体上等于烛焰产生的热量和二氧化碳质量之比。19世纪德国化学家李比希因此设想动物的机械能以及它们的体热可能来自它们所吃食物的化学能，不过德国科学家在这个问题上的意见并不一致，不少人主张有机体的活动力是与生物所特有的一种“活力”有关，这就是活力论的观点。究竟这种所谓的活力是个什么东东，他们没有人能说得上来。

德国的一位药剂师、分析化学家莫尔则采取一种机械观，据此他推出所有各种不同形式的能都是机械力的表现的见解。这个见解在1842年又被德国医生迈尔从生理学角度提了出来。

还有一个德国人也是从生物学的现象出发，得出各种不同形式的能可以相互转化和守恒的思想，这个人就是亥姆霍兹。1847年，为了反对那些活力论者的学说，亥姆霍兹专门写了一篇论文进行了系统的论述，并在德国物理学会发表了讲演，第一次以数学方式提出能量守恒定律。亥姆霍兹论证说，活的机体如果除掉从饮食取得能量以外，还能从一种特殊的活力获得能量的话，那么它们就会是永动机。永动机是不可能的，这表明动物完全是从食物获得能量的，食物的化学能被转化为等价的热量和机械功。亥姆霍兹进一步论证说，如果热和其他类型的能量其本身都是机械运动的各种形式，那么根据17世纪和18世纪所确立的机械能守恒的定律，就可以得出宇宙总能量是常数的原理。亥姆霍兹的论文的题目叫做《论力的守恒》，那时的人们对于“能量”和“力”还没有明确的区分。这篇论文跟之前莫尔和迈尔的论文一样，都寄给了当时德国主要的物理学杂志的主编波根道夫，并且都被退回了。好在他们的论文最后都在别处发表了。

邮票上的亥姆霍兹

亥姆霍兹1821年出生于德国的波茨坦。我们都知道亥姆霍兹是19世纪著名的物理学家，而实际上他最初是一位生理学家。亥姆霍兹的父亲是一位热爱哲学的中学教师，他引导孩子从康德和费希特哲学的观点出发去探索自然。亥姆霍兹早年在数学和各门自然学科方面受到了良好的训练。虽然出生在书香门第，但亥姆霍兹中学毕业后却由于家境困难上不了大学，后来以毕业后需在军队服役8年的条件取得公费资助进入柏林王家医学科学院，1842年获得医学博士学位，被任命为波茨坦驻军军医。1848年，亥姆霍兹被特许从军队退役，担任哥尼斯堡大学的生理学副教授。直到1868年，亥姆霍兹的研究方向才转向物理学，于1871年任柏林大学物理学教授。有一位数学家讲过：亥姆霍兹是“一位生理学家，他为生物学的需要研究物理学，又为物理学的需要研究数学，现在在这三个领域里全成为第一流的”。亥姆霍兹在视觉生理方面著有一部《生理光学》，在听觉生理方面著有一部《音调的感知》。

接下来我把镜头转向那个曾经牛气冲天的岛国──近代科学领域的什么事情它都不曾缺席。

欧门-恩格斯公司的棉纺厂

位于英国中西部的曼彻斯特是世界上第一座工业化城市，瓦特制造的蒸汽机最先在这里得到大规模应用，武装了这里的近百家棉纺织厂。德国的恩格斯家族在英国的曼彻斯特也开了一家棉纺织厂，恩格斯被父亲派到这里经营自家的工厂，他业余时间研究政治、经济、哲学以及军事问题，为人类社会的未来寻找出路。同一时期比恩格斯大两岁的焦耳在曼彻斯特经营着自家的啤酒厂，业余时间研究科学问题，为能量统一与转化的理论寻找依据。焦耳深信能量是不灭的，并且能够表现为各种形式。但是焦耳跟德国科学家不同，他想从实验上证明他的观点。他系统地测量了可以转化为一定热量的各种形式的能量。

焦耳定律实验

焦耳首先研究的是电。电的研究在当时进展很快，但是跟其他的著名电学家戴维和法拉第等人不同，法拉第研究的是电的动力学效应，而焦耳主要研究电流的热效应。1840年，焦耳提出了我们所熟知的焦耳定律。不久之后，俄国物理学家楞次也独立发现了同样的定律，该定律也称为焦耳-楞次定律。

1843年，焦耳用实验否定了热素的说法，同年，他又测出了热功当量。

焦耳的研究没有立刻引起人们的注意，英国皇家学会拒绝发表他的两篇论文。焦耳明白，皇家学会那些绅士科学家跟工业城市的科学家之间，在兴趣、价值观和世界观方面是不同的。直到1847年，23岁的威廉·汤姆生即后来的开尔文爵士注意到了焦耳工作的重要性。

九十年后爱因斯坦在他的《物理学的进化》这本书中感叹到：“很令人惊奇的是：几乎所有关于热的本性的基本工作都是非专职的物理学家做出来的，他们只不过是把物理学看作是自己的最大嗜好而已。这里有多才多艺的苏格兰人布莱克，德国的医生迈尔，美国的冒险家伦福德。还有一个英国的啤酒酿造师焦耳，他在工作之暇做出了有关能量守恒的几个最重要的实验。”

19世纪中叶，英国科学家威廉·汤姆生和德国科学家克劳修斯都注意到，当气体和蒸汽反抗外力膨胀并完成机械功时，它们损失了热，有些热转化为机械能并在蒸汽机的工作中损失掉，因此，不同形态的能量可以做到相互转化从而保持总量的守恒。1851年，克劳修斯和汤姆生把这条定律作为一个普遍的原理提了出来，这就是能量守恒定律，也被称为热力学第一定律。

当卡诺的理想热机在工作循环中热量减少时，可以看出有一个量在整个循环中保持为常数：热机得到的热量除以热源的温度，和热机给出的热量除以散热装置的温度，两者具有同样的数值，克劳修斯在1865年称这个量为熵。克劳修斯指出，卡诺的热机只是一种抽象的东西，因为在日常经验中热的物体倾向于自发冷却，而冷的东西则会自发地热起来。在现实的热力学过程中，例如热量沿着一根金属棒传导，热量保持不变而温度却降低了，热量除以温度，即熵，在自然过程中倾向于增加，而不是像理想的热机里那样保持不变。这就是热力学第二定律。

鲁道夫·克劳修斯

1850年，克劳修斯发表了《论热的动力及由此推出的关于热本性的定律》一文，对卡诺定理做了详尽的分析。

1851年，威廉·汤姆生发表了论文《热的动力理论》，文中提出，热的动力的全部理论是建立在分别由焦耳、卡诺和克劳修斯所提出的两个命题的基础之上的。汤姆生又提出了一条公理：“利用无生命的物质机构，把物质的任何部分冷到比周围最冷的物体还要低的温度以产生机械效应，是不可能的。”汤姆生还指出自己提出的公理和克劳修斯在证明中所用的公理是相通的。

汤姆生把热力学第二定律的研究引向了深入，不过他也非常绅士地写道：“我提出这些说法并无意于争优先权，因为首先发表用正确的原理建立的命题的是克劳修斯，……我只求补充一句：恰好在我知道克劳修斯宣布证明了这个命题之前，我也给出了证明。”

1854年，克劳修斯发表了《热的机械论中第二个基本理论的另一形式》，在这篇论文中他完整地阐述了热力学第二定律：“热永远不能从冷的物体传向热的物体，如果没有与之联系的、同时发生的其它变化的话，关于两个不同温度的物体间热交换的种种已知事实证明了这一点：因为热处处都显示企图使温度的差别均衡之趋势，所以只能沿相反的方向，即从热的物体传向冷的物体。因此，不必再做解释，这一原理的正确性也是不证自明的。”不过他也解释道，如果同时有沿相反方向并至少是等量的热转移，还是可能发生热量从冷的物体传到热的物体这种情况的。幸好有后面这句话，我们可以放心地享用冰箱和空调了。

从克劳修斯的论文中我们可以看到，热力学第二定律是建立在“热量既不会增加，也不会减少”这个热力学第一定律基础上的，实际上，更早的卡诺的热机理论也是依据“热质守恒”这一假设，因此（严格的）热力学第二定律的发现只能是在热力学第一定律的发现之后。在第一定律没有出世之前，第二定律是无法降生的。

在19世纪40-50年代，焦耳、亥姆霍兹、汤姆生、克劳修斯这些热力学的建立者们全是20多岁或30岁出头的年轻人。

克劳修斯的“熵”至今还是很时髦的概念。他在1854年发表的《热的机械论中第二个基本理论的另一形式》一文中提出了“变换的等价性”，用符号N表示系统中的变换。这个N就是熵S的前身。他把由功转变为热或热从高温转移到低温称为正变换，反之为负变换。变换的等价值为Q/t.这时Q是热量，t是温度。克劳修斯用N代表一个循环中变换的总值。对于可逆循环过程，N=0；而对于不可逆过程，克劳修斯指出，所有变换的代数和只能是正数，即N>0。

1865年，克劳修斯在论文《热的动力理论的基本方程的几种方便形式》中明确用T表示绝对温度，原来的N也改用S来表示，规定dS=dQ/T，那么就有S=S0+∫dQ/T。这里S0是S在初态的值。克劳修斯把S称作是“物体的转变含量”，他根据希腊的ητροπη（转变）一词，把S称作物体的Entropie，汉语里译作熵。他说他“故意把Entropie构造得尽可能与Energie（能）相似，因为这两个量在物理意义上彼此如此相近”。

特别值得一提的是，克劳修斯在1865年的这篇论文中以结论的形式简洁地表述了热力学的两条基本原理：

1.宇宙的能量是常数。

2.宇宙的熵趋于一个极大值。

这两句话实际上是把热力学第一定律和第二定律推广到了宇宙的范围。两年后克劳修斯又进一步指出：“宇宙越接近于其熵为最大值的极限状态，它继续发生变化的机会也越少，如果最后完全到达了这个状态，也就不会再出现进一步的变化，处于死寂的永远状态。”这就是宇宙的“热寂说”。宇宙热寂说立刻引起了整个学界的喧然大波。

反对者基本上都是认为这是不恰当地把局部物质世界的部分变化过程的规律推广到整个宇宙的发展过程，是不顾这些定律的适用范围和条件，把孤立系统的规律推广到无限的、开放的宇宙，因而得出了荒谬的结论。反对者的这种说法是缺乏说服力的，因为没有任何根据能够说明我们的宇宙是一个无限的、开放的宇宙，后来爱因斯坦就提出宇宙是有限且无界的。恩格斯认为：“放射到太空中去的热一定有可能通过某种途径（指明这一途径，将是以后自然科学的课题）转变为另一种形式，在这种运动形式中，它能够重新集结和活动起来。”恩格斯虽然不是科学家，但他的看法是有道理的。亥姆霍兹提出宇宙可能是有边界的，这个边界可能使散失的能量重新集结，但是他讲不出这个边界是如何来的。英国物理学家、格拉斯哥大学教授W.J.M.兰金（公元1820-1872年）提出当光和辐射热穿过星际空间的以太时，以太可能就起到边界的作用，这个边界会把到达边界的辐射热反射回来。此说同样是无根无据。

年轻时的恩格斯

他们都没有想到这种使热重新集结起来的途径其实就是宇宙中物质的关联性，就是引力。现代比较广为接受的宇宙模型是一个膨胀与收缩交替变化的宇宙。在膨胀过程中热力学第二定律占主导地位，在收缩过程中万有引力占据主导地位。

热力学第一定律和第二定律的提出都经过了多年的过程，并且都不是运用数学推理导出，而是作为热力学公理而提出的。

实际上，热力学第一定律，即能量守恒定律并不是一条孤立的规律，它是众多的守恒律中的一个，有着简单的数学基础。

热力学第二定律有着更深层次的数学基础。19世纪60年代，麦克斯韦建立起基于分子运动的统计理论的气体理论，并且对热力学第二定律给出了分子的统计学解释。他注意到，各个分子都在持续不断地发生自发涨落。正是分子随机运动的涨落才使热量从较热物体传递到较冷物体。热力学第二定律在本质上是一个统计规律，只适用于大量分子的系统，不适用于个别分子的行为。

1866年，22岁的奥地利物理学家玻尔兹曼试图为热力学第二定律找出一个普遍的证明，并希望发现与热力学第二定律相应的一个力学定理──初生牛犊确实是不怕虎的。不过已经成熟的麦克斯韦认为这项工作基本上是难以置信的，热力学第二定律是一个不可约的统计规律。到了19世纪70年代初，玻耳兹曼自觉地采纳了这样的看法：热力学第二定律是一个统计定理，它不可能作为严格的动力学定律推导出来，只能用概率统计方法推导出来。概率统计的本质是，数量越大，分布的结果就越接近于一个固定不变的值。所以热力学第二定律的基础仍然是守恒律。

玻尔兹曼

玻尔兹曼研究了热力学第二定律与几率的关系，他证明熵与几率Ω的对数成正比。后来普朗克把这个关系式写成S=klnΩ，他称k为玻尔兹曼常数。有了这一关系式，其他的热力学量都可以推导出来。特别是，这样就可以明确地对热力学第二定律进行统计解释：在孤立系统中，熵的增加实际上就是分子运动状态的几率向最大值（即最可几分布）的方向变化。

玻尔兹曼为分子运动论建立了完整的理论体系，同时也为分子运动论和热力学的理论综合打下了基础。这些杰出贡献理应让他在20世纪初荣获诺贝尔奖，但是当时人们并没有认识到玻尔兹曼工作的重大意义。

从17世纪到19世纪，物理学相继发展出了动力学理论、电磁学理论和热力学理论。这三种物理学理论对应的数学模型分别是动力学形式、动力学解析形式和分子运动的统计模型。三种物理学及其数学模型引发了三种不同的世界观的哲学争论。在哲学家们看来，每一种物理模型都是一种哲学的体现：力学模型是机械论哲学的体现，解析模型似乎更符合辩证法，而建立在概率统计模型之上的热力学的熵理论则是悲观宿命论哲学的体现。还有一种就是在19世纪末和20世纪初的物理学界流行一时的“唯能论”思想，它是试图用“能量”来解释物质世界的一切，来解释所有的物理现象，它在哲学上符合了唯心论的世界观。

（4）热力学第三定律和第零定律

1906年，德国物理化学家能斯特在为化学平衡和化学的自发性寻求数学判据时，作出了一个基本假设，并提出了相应的理论——他称之为“热学新理论”。当时，能斯特并没有利用熵的概念，他认为这个概念不明确。但普朗克则相反，把熵当作热力学最基本的概念之一，所以当普朗克了解到能斯特的工作后，立即尝试用熵来表述这个理论：“在接近绝对零度时，所有过程都没有熵的变化。”能斯特于1912年在他的著作《热力学与比热》中将“热学新理论”表述成：“不可能通过有限的循环过程，使物体冷到绝对零度。”这就是热力学第三定律最常用的表述，也称“绝对零度不可能达到”定律。通常认为，这两种表述是等价的。

尽管热力学第三定律直到20世纪才提出，但绝对零度的概念由来已久。在牛顿时代的1699年，法国科学家阿蒙顿在著作中提到，他观测到空气的温度每下降一等量份额，气压也下降等量份额。继续降低温度，总会得到气压为零的时候，所以温度降低必有一限度。他认为任何物体都不能冷却到这一温度以下，并预言：达到这个温度时所有运动都将趋于静止。1787年和1809年法国科学家雅克·查理和盖-吕萨克先后发现了气体膨胀定律，盖-吕萨克根据他测得的气体压缩系数a=1/267得到温度的最低极限值为-267℃。

绝对温标的正式提出者是威廉·汤姆生即开尔文（Kelvin）男爵，绝对温标单位K就是Kelvin的首字母。

100英镑上的威廉·汤姆生（开尔文)

1824年威廉·汤姆生出生于爱尔兰贝尔法斯特皇家学院的一个数学教授家庭。汤姆生八岁时全家迁往苏格兰的格拉斯哥，父亲任教于格拉斯哥大学。汤姆生10岁便入读格拉斯哥大学，14岁开始学习大学课程，后来又进入剑桥大学。自剑桥毕业后来到巴黎，在法国著名实验物理学家勒尼奥的实验室里工作了一年。1846年，汤姆生回到格拉斯哥大学担任自然哲学（即现在的物理学）教授。后来因其在科学上的成就和对大西洋电缆工程的贡献，威廉·汤姆生被英国女王封为开尔文男爵。他的经历跟早他100年的伟大学者亚当·斯密有些相似。

汤姆生在接触到卡诺的热动力理论之后，首先想到可以通过卡诺的热机来确定温度。1848年，汤姆生在题为《基于卡诺的热动力理论和由勒尼奥观测结果计算所得的一种温标》的论文中提出了绝对温标的概念，他认为“按照卡诺所建立的热和动力之间的关系，热量和温度间隔是计算从热获得机械效率的表达中唯一需要的要素，既然我们已经有了独立测量热量的一个确定体系，我们就能够测量温度间隔，据此对绝对温度做出估计”。之所以称其为绝对温标，是因为“它的特性与任何特殊物质的物理性质是完全无关的”。

1849年，威廉·汤姆生在《卡诺的热动力理论的说明及由勒尼奥蒸汽实验推算的数据结果》这篇论文中推算出卡诺系数、热功当量J、气体膨胀系数E和摄氏温度t之间的关系式：=J·［1/（1/E+t）］。1854年，汤姆生和焦耳联合发表了论文《运动中流体的热效应》，文中专门有一节题为“根据热的机械作用建立的绝对温标”，他们在这里把绝对温度定义为T=J/，从而得出T=t+1/E。当时测得的气体膨胀系数E=1/272.85，他们又考虑到物质的密度随压强增大的效应，最后得到修正结果为T=273.3+t。1948年后公认的绝对零度为-273.15℃，或者说摄氏零度为273.15K。

绝对温标的建立对热力学的发展有着根本性的意义，它使热力学找到了重要的原点。汤姆生的建议很快就被科学界接受。1887年，绝对温标得到了国际公认。热力学第三定律在本质上还是一个守恒定律：从能量上讲，绝对零度是物质系统中分子动能的零点；从温度上讲，它是任何物质系统在没有内部运动的情况下的一个固定不变的温度值。

在热力学中还有一条不被人注意的热力学定律，它是第四个被提出的热力学定律，但是它不叫“热力学第四定律”，而是被称作热力学第零定律。它讲的是：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡（温度相同），则它们彼此也必定处于热平衡。这个定律又称热平衡定律。它类似数学中的“如果A=C，且B=C，则A=B”，在直观上完全符合逻辑上的同一律。前面说过，同一律是守恒律的基础。在本质上，热力学第零定律是同一律在热力学系统中的体现。由于它过于直观，很多人没有把它当作一条热力学定律，但实际上，第零定律比起其他任何热力学定律更为基本。

拉尔夫·福勒

热力学第零定律是由英国物理学家拉尔夫·福勒（RalphFowler）在1939年正式提出，福勒是著名物理学家卢瑟福的女婿。热力学第零定律的提出比第一定律和第二定律晚了80多年，比第三定律的正式提出也晚了27年，但是第零定律是这三个定律的基础，所以叫做热力学第零定律。