在日常生活中,擴散是一種很普遍的物理現象。例如,把一滴黑墨水放進一杯清水中,經過一段時間以後,墨水和清水完全混合在一起,原來透明無色的清水變成了稍微被染黑了的水。又如,把打開蓋子的香水瓶放在一個緊閉門窗的房間裡,不一會兒,整個房間就會瀰漫著香水的氣味。

  擴散現象起因於分子的無規則熱運動。當一滴墨水滴人一杯清水中,一開始,墨水分子聚集在一個區域的位置上,後來由於墨水分子與水分子發生激烈碰撞運動,墨水分子就均勻地分布到整個容器的空間區域上。香水分子的擴散也是如此。種種擴散現象告訴我們,擴散總是自發地從一種比較有序的狀態(例如墨水和清水有一定的分界面)變化爲無序的狀態(例如兩種物質完全混合)。

  爲什麼擴散總是自發地從有序變爲無序呢?原來,有序狀態出現的可能性遠遠小於無序狀態出現的可能性。爲了說明這個擴散的本質,讓我們假設有一個封閉的盒子,盒子的左半部放有三個氣體分子,右半部沒有氣體分子。

  由於氣體分子的無規則運動,這三個分子在整個盒子的分布有八種可能。在這八種可能中,三個分子全部在左半部或右半部的有序狀態只有兩種,而三個分子中一個處在左半部(或右半部)另外兩個處於另一半的相對無序狀態卻有六種。因此,就三個分子而言,出現無序狀態的可能性是出現有序狀態可能性的3倍。顯然,分子數目越多,出現均勻分布的無序狀態的可能性越大。一滴墨水或一滴香水中包含的分子數達上千億個,因此,當這些分子擴散時,出現均勻分布的可能性遠遠大於聚集在某個局部位置上的可能性,這就是我們通常觀察到的種種擴散現象總是自發地趨於均勻,趨於無序的原因。

  從理論上講,既然是無規則熱運動,那麼,已經擴散的墨水分子總會有某一時刻仍然聚集在一起,重新恢復一滴墨水的形狀。但是實際計算表明,人們等待這種可能性出現的時間大大超過宇宙的年齡,因此,一滴墨水在水中擴散以後,實際上是不可能自動聚集起來的。